Skip to main content
Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 4/2017

27.10.2016

Electromechanical response of polyol-polyurethane blends as dielectric elastomer flexible mirco-actuator material

verfasst von: Tian Chen, Minchao Lin, Yanzhang Zhao, Lifeng Pan, Qingping Tang

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 4/2017

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

A simple, cheap, all-organic process for the fabrication of polyurethane (PU) composites for dielectric elastomer actuators was presented in this paper. This study focused on improving the electromechanical properties of PU matrix with polyol small organic molecule as filler. The dielectric, tensile mechanical, dynamic thermal mechanical, creep, and electric field induced strain properties of a series of polyol-PU blends were described in detail. It was found that the dielectric constant of PU at low frequencies (40–100 Hz) remarkably increased with the addition of polyols and the tensile strength of the PU/polyol blends decreased obviously with an increase in the content of polyol. The polyol-PU all organic composites had better electromechanical response than the pristine PU. Among the PU/glycerol, PU/ethylene glycol, and PU/triethylene glycol blends, PU/glycerol-50% had relatively high dielectric constant of 32.71 (40 Hz), low tensile strength of 16.37 MPa, low loss modulus of 164.24 MPa (−40 °C), high compliance of 9.709 × 10−5 1/Pa, and high electric field induced strain of 49.7 (37.4 MV/m). The enhancement of the electric field induced strain was mainly triggered by an increase of the dielectric constant and a decrease of the elastic modulus.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Wirtschaft"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 340 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Versicherung + Risiko




Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat W. Hu, Z. Ren, J.P. Li, E. Askounis, Z.X. Xie, Q.B. Pei, Adv. Funct. Mater. 25, 4827–4836 (2015)CrossRef W. Hu, Z. Ren, J.P. Li, E. Askounis, Z.X. Xie, Q.B. Pei, Adv. Funct. Mater. 25, 4827–4836 (2015)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat R. Perline, R. Kohrnbluh, Q.B. Pei, J. Joseph, Science 287, 836–839 (2000)CrossRef R. Perline, R. Kohrnbluh, Q.B. Pei, J. Joseph, Science 287, 836–839 (2000)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat J.S. Huang, S. Shian, Z.G. Suo, D.R. Clarke, Adv. Funct. Mater. 23, 5056–5061 (2013)CrossRef J.S. Huang, S. Shian, Z.G. Suo, D.R. Clarke, Adv. Funct. Mater. 23, 5056–5061 (2013)CrossRef
4.
Zurück zum Zitat B.H. Chen, J.J. Lu, C.H. Yang, J.H. Yang, J.X. Zhou, Y.M. Chen, Z.G. Suo, A.C.S. Appl, Mater. Interfaces 6, 7840–7845 (2014)CrossRef B.H. Chen, J.J. Lu, C.H. Yang, J.H. Yang, J.X. Zhou, Y.M. Chen, Z.G. Suo, A.C.S. Appl, Mater. Interfaces 6, 7840–7845 (2014)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat O.A. Araromi, S. Rosset, H.R. Shea, A.C.S. Appl, Mater. Interfaces 7, 18046–18053 (2015)CrossRef O.A. Araromi, S. Rosset, H.R. Shea, A.C.S. Appl, Mater. Interfaces 7, 18046–18053 (2015)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat J. Biggs, K. Danielmeier, J. Hitzbleck, J. Krause, T. Kridl, S. Nowak, E. Orselli, X. Quan, D. Schapeler, W. Sutherland, J. Wagnert, Angew. Chem. Int. Ed. 52, 9409–9421 (2013)CrossRef J. Biggs, K. Danielmeier, J. Hitzbleck, J. Krause, T. Kridl, S. Nowak, E. Orselli, X. Quan, D. Schapeler, W. Sutherland, J. Wagnert, Angew. Chem. Int. Ed. 52, 9409–9421 (2013)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat D. Yang, F.X. Ge, M. Tian, N.Y. Ning, L.Q. Zhang, C.M. Zhao, K. Ito, T. Nishi, H.M. Wang, Y.G. Luan, J. Mater. Chem. A 3, 9468–9479 (2015)CrossRef D. Yang, F.X. Ge, M. Tian, N.Y. Ning, L.Q. Zhang, C.M. Zhao, K. Ito, T. Nishi, H.M. Wang, Y.G. Luan, J. Mater. Chem. A 3, 9468–9479 (2015)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat M.V. Circu, Y.S. Ko, A.C. Gerecke, D.M. Opris, Macromol. Mater. Eng. 299, 1126–1133 (2014) M.V. Circu, Y.S. Ko, A.C. Gerecke, D.M. Opris, Macromol. Mater. Eng. 299, 1126–1133 (2014)
9.
Zurück zum Zitat J. Lu, S.G. Kim, S.W. Lee, I.K. Oh, Macromol. Chem. Phys. 212, 635–642 (2011)CrossRef J. Lu, S.G. Kim, S.W. Lee, I.K. Oh, Macromol. Chem. Phys. 212, 635–642 (2011)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat S. Taccola, F. Greco, E. Sinibaldi, A. Mondini, B. Mazzolai, V. Mattoli, Adv. Mater. 27, 1668–1675 (2015)CrossRef S. Taccola, F. Greco, E. Sinibaldi, A. Mondini, B. Mazzolai, V. Mattoli, Adv. Mater. 27, 1668–1675 (2015)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat C. Keplinger, J.Y. Sun, C.C. Foo, P. Rothemund, G.M. Whitesides, Z.G. Suo, Science 341, 984–987 (2013)CrossRef C. Keplinger, J.Y. Sun, C.C. Foo, P. Rothemund, G.M. Whitesides, Z.G. Suo, Science 341, 984–987 (2013)CrossRef
14.
Zurück zum Zitat G.Y. Mao, X.Q. Huang, M. Diab, T.F. Li, S.X. Qu, W. Yang, Soft Matter 11, 6569–6575 (2015)CrossRef G.Y. Mao, X.Q. Huang, M. Diab, T.F. Li, S.X. Qu, W. Yang, Soft Matter 11, 6569–6575 (2015)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat L. Maffli, S. Rosset, M. Ghilardi, F. Carpi, H. Shea, Adv. Funct. Mater. 25, 1656–1665 (2015)CrossRef L. Maffli, S. Rosset, M. Ghilardi, F. Carpi, H. Shea, Adv. Funct. Mater. 25, 1656–1665 (2015)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat C. Zhang, H.L. Chen, B. Li, Y.J. Wang, L. Liu, D.C. Li, J. Appl. Polym. Sci. 132, 41630 (2015) C. Zhang, H.L. Chen, B. Li, Y.J. Wang, L. Liu, D.C. Li, J. Appl. Polym. Sci. 132, 41630 (2015)
17.
Zurück zum Zitat L.J. Romasanta, M.A. Lopez-Manchado, R. Verdejo, Prog. Polym. Sci. 51, 188–211 (2015)CrossRef L.J. Romasanta, M.A. Lopez-Manchado, R. Verdejo, Prog. Polym. Sci. 51, 188–211 (2015)CrossRef
18.
Zurück zum Zitat L.Z. Chen, C. Liu, C. Hu, S. Fan, Appl. Phys. Lett. 92, 263104 (2008)CrossRef L.Z. Chen, C. Liu, C. Hu, S. Fan, Appl. Phys. Lett. 92, 263104 (2008)CrossRef
19.
Zurück zum Zitat M. Molberg, Y. Leterrier, C.J. Plummer, C. Walder, C. Lowe, D.M. Opris, F.A. Nuesch, S. Bauer, J.A. Manson, J. Appl. Phys. 106, 054112 (2009)CrossRef M. Molberg, Y. Leterrier, C.J. Plummer, C. Walder, C. Lowe, D.M. Opris, F.A. Nuesch, S. Bauer, J.A. Manson, J. Appl. Phys. 106, 054112 (2009)CrossRef
20.
21.
Zurück zum Zitat Z.G. Suo, X.H. Zhao, W.H. Greene, J. Mech. Phys. Solids 56, 467–486 (2008)CrossRef Z.G. Suo, X.H. Zhao, W.H. Greene, J. Mech. Phys. Solids 56, 467–486 (2008)CrossRef
22.
Zurück zum Zitat K.S. Lam, Y. Zhou, Y.W. Wong, F.G. Shin, J. Appl. Phys. 97, 104112 (2005)CrossRef K.S. Lam, Y. Zhou, Y.W. Wong, F.G. Shin, J. Appl. Phys. 97, 104112 (2005)CrossRef
23.
Zurück zum Zitat Y.J. Liu, L.W. Liu, Z. Zhang, J.S. Leng, Smart Mater. Struct. 18, 095024 (2009)CrossRef Y.J. Liu, L.W. Liu, Z. Zhang, J.S. Leng, Smart Mater. Struct. 18, 095024 (2009)CrossRef
24.
25.
Zurück zum Zitat D. Yang, L.Q. Zhang, H.L. Liu, Y.C. Dong, Y.C. Yu, M. Tian, J. Appl. Polym. Sci. 125, 2196–2201 (2012)CrossRef D. Yang, L.Q. Zhang, H.L. Liu, Y.C. Dong, Y.C. Yu, M. Tian, J. Appl. Polym. Sci. 125, 2196–2201 (2012)CrossRef
26.
Zurück zum Zitat H. Zhao, Y.J. Xia, Z.M. Dang, J.W. Zha, G.H. Hu, J. Appl. Polym. Sci. 127, 4440–4445 (2013)CrossRef H. Zhao, Y.J. Xia, Z.M. Dang, J.W. Zha, G.H. Hu, J. Appl. Polym. Sci. 127, 4440–4445 (2013)CrossRef
27.
Zurück zum Zitat B. Kussmaul, S. Risse, G. Kofod, R. Wache, M. Wegener, D.N. McCarthy, H. Krüger, R. Gerhard, Adv. Funct. Mater. 21, 4589–4594 (2011)CrossRef B. Kussmaul, S. Risse, G. Kofod, R. Wache, M. Wegener, D.N. McCarthy, H. Krüger, R. Gerhard, Adv. Funct. Mater. 21, 4589–4594 (2011)CrossRef
28.
Zurück zum Zitat S. Risse, B. Kussmaul, H. Krüger, G. Kofod, RSC Adv. 2, 9029–9035 (2012)CrossRef S. Risse, B. Kussmaul, H. Krüger, G. Kofod, RSC Adv. 2, 9029–9035 (2012)CrossRef
29.
Zurück zum Zitat B. Kussmaul, S. Risse, M. Wegener, G. Kofod, H. Krüger, Smart Mater. Struct. 21, 064005 (2012)CrossRef B. Kussmaul, S. Risse, M. Wegener, G. Kofod, H. Krüger, Smart Mater. Struct. 21, 064005 (2012)CrossRef
30.
Zurück zum Zitat F. Carpi, G. Gallone, F. Galantini, D.D. Rossi, Adv. Funct. Mater. 18, 235–241 (2008)CrossRef F. Carpi, G. Gallone, F. Galantini, D.D. Rossi, Adv. Funct. Mater. 18, 235–241 (2008)CrossRef
31.
Zurück zum Zitat S. Risse, B. Kussmaul, H. Krüger, G. Kofod, Adv. Funct. Mater. 22, 3958–3962 (2012)CrossRef S. Risse, B. Kussmaul, H. Krüger, G. Kofod, Adv. Funct. Mater. 22, 3958–3962 (2012)CrossRef
32.
33.
Zurück zum Zitat J.W. Wang, Q.D. Shen, C.Z. Yang, Q.M. Zhang, Macromolecules 37, 2294–2298 (2004)CrossRef J.W. Wang, Q.D. Shen, C.Z. Yang, Q.M. Zhang, Macromolecules 37, 2294–2298 (2004)CrossRef
34.
Zurück zum Zitat J.W. Wang, Y. Wang, F. Wang, S.Q. Li, J. Xiao, Q.D. Shen, Polymer 50, 679–684 (2009)CrossRef J.W. Wang, Y. Wang, F. Wang, S.Q. Li, J. Xiao, Q.D. Shen, Polymer 50, 679–684 (2009)CrossRef
35.
Zurück zum Zitat J.W. Wang, C.C. Wu, R.N. Liu, S.Q. Li, Polym. J. 46, 285–292 (2014)CrossRef J.W. Wang, C.C. Wu, R.N. Liu, S.Q. Li, Polym. J. 46, 285–292 (2014)CrossRef
36.
Zurück zum Zitat S.S. Hassouneh, A.E. Daugaard, A.L. Skov, Macromol. Mater. Eng. 300, 542–550 (2015)CrossRef S.S. Hassouneh, A.E. Daugaard, A.L. Skov, Macromol. Mater. Eng. 300, 542–550 (2015)CrossRef
37.
Zurück zum Zitat K. Wongtimnoi, B. Guiffard, A.B.V. de Moortèle, L. Seveyrat, C. Gauthier, J.Y. Cavaillé, Compos. Sci. Technol. 71, 885–892 (2011)CrossRef K. Wongtimnoi, B. Guiffard, A.B.V. de Moortèle, L. Seveyrat, C. Gauthier, J.Y. Cavaillé, Compos. Sci. Technol. 71, 885–892 (2011)CrossRef
38.
Zurück zum Zitat K. Wongtimnoi, B. Guiffard, A.B.V. Moortèle, L. Seveyrat, J.Y. Cavaillé, Compos. Sci. Technol. 85, 23–28 (2013)CrossRef K. Wongtimnoi, B. Guiffard, A.B.V. Moortèle, L. Seveyrat, J.Y. Cavaillé, Compos. Sci. Technol. 85, 23–28 (2013)CrossRef
39.
Zurück zum Zitat T. Chen, M.C. Lin, Y.Z. Zhao, L.F. Pan, Q.P. Tang, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 26, 10164–10171 (2015) T. Chen, M.C. Lin, Y.Z. Zhao, L.F. Pan, Q.P. Tang, J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 26, 10164–10171 (2015)
40.
Zurück zum Zitat T. Chen, J.H. Qiu, K.J. Zhu, J.H. Li, J.W. Wang, S.Q. Li, X.L. Wang, RSC Adv. 4, 64061–64067 (2015)CrossRef T. Chen, J.H. Qiu, K.J. Zhu, J.H. Li, J.W. Wang, S.Q. Li, X.L. Wang, RSC Adv. 4, 64061–64067 (2015)CrossRef
41.
Zurück zum Zitat T. Chen, J.H. Qiu, K.J. Zhu, J.H. Li, J.W. Wang, S.Q. Li, X.L. Wang, J. Phys. Chem. B 119, 4521–4530 (2015)CrossRef T. Chen, J.H. Qiu, K.J. Zhu, J.H. Li, J.W. Wang, S.Q. Li, X.L. Wang, J. Phys. Chem. B 119, 4521–4530 (2015)CrossRef
42.
Zurück zum Zitat A. Javadi, Y.L. Xiao, W.J. Xu, S.Q. Gong, J. Mater. Chem. 22, 830–834 (2012)CrossRef A. Javadi, Y.L. Xiao, W.J. Xu, S.Q. Gong, J. Mater. Chem. 22, 830–834 (2012)CrossRef
43.
Zurück zum Zitat M. Tian, Z.Y. Wei, X.Q. Zan, L.Q. Zhang, J. Zhang, Q. Ma, N.Y. Ning, T. Nishi, Compos. Sci. Technol. 99, 37–44 (2014)CrossRef M. Tian, Z.Y. Wei, X.Q. Zan, L.Q. Zhang, J. Zhang, Q. Ma, N.Y. Ning, T. Nishi, Compos. Sci. Technol. 99, 37–44 (2014)CrossRef
44.
Zurück zum Zitat S.T. Liu, M. Tian, B.Y. Yan, Y. Yao, L.Q. Zhang, T. Nishi, N.Y. Ning, Polymer 56, 375–384 (2015)CrossRef S.T. Liu, M. Tian, B.Y. Yan, Y. Yao, L.Q. Zhang, T. Nishi, N.Y. Ning, Polymer 56, 375–384 (2015)CrossRef
45.
Zurück zum Zitat T. Hanai, T. Imakita, N. Koizumi, Colloid Polym. Sci. 260, 1029–1034 (1982)CrossRef T. Hanai, T. Imakita, N. Koizumi, Colloid Polym. Sci. 260, 1029–1034 (1982)CrossRef
46.
Zurück zum Zitat H.M. AlAllak, J. Llingsworth, A.W. Brinkman, G.J. Russell, J. Woods, J. Appl. Phys. 64, 6477–6482 (1988)CrossRef H.M. AlAllak, J. Llingsworth, A.W. Brinkman, G.J. Russell, J. Woods, J. Appl. Phys. 64, 6477–6482 (1988)CrossRef
47.
Zurück zum Zitat S. Roy, S.K. Srivastava, J. Pionteck, V. Mittal, Macromol. Mater. Eng. 300, 346–357 (2015)CrossRef S. Roy, S.K. Srivastava, J. Pionteck, V. Mittal, Macromol. Mater. Eng. 300, 346–357 (2015)CrossRef
48.
Zurück zum Zitat C. Braunsmann, R. Proksch, I. Revenko, T.E. Schäffer, Polymer 55, 219–225 (2014)CrossRef C. Braunsmann, R. Proksch, I. Revenko, T.E. Schäffer, Polymer 55, 219–225 (2014)CrossRef
Metadaten
Titel
Electromechanical response of polyol-polyurethane blends as dielectric elastomer flexible mirco-actuator material
verfasst von
Tian Chen
Minchao Lin
Yanzhang Zhao
Lifeng Pan
Qingping Tang
Publikationsdatum
27.10.2016
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 4/2017
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-016-5957-4

Weitere Artikel der Ausgabe 4/2017

Journal of Materials Science: Materials in Electronics 4/2017 Zur Ausgabe

Neuer Inhalt