安泰ATA-7030高壓放大器在介電彈性體智能材料中的應(yīng)用

高壓放大器驅(qū)動介電彈性體的運動是一種常見且有效的方法，介電彈性體是一種材料，可通過施加電場來改變其形狀和大小，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、揚聲器、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

在驅(qū)動介電彈性體方面，通常會將功率放大器與電解質(zhì)介電彈性體配合使用。電解質(zhì)介電彈性體是一種特殊材料，它在電場作用下會發(fā)生變形。合理施加電場是驅(qū)動介電彈性體運動的關(guān)鍵。

需要注意的是，為了確保運動控制的準(zhǔn)確性，通常需要將電致彈性體與功率放大器驅(qū)動器、傳感器和控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同操作。

一、介電彈性體主要基體簡介

介電彈性體基體材料多種多樣，包括硅橡膠、硅樹脂、丙烯酸酯、聚氨酯、丁腈橡膠、天然橡膠、亞乙烯基氟化三氟乙烯及其相應(yīng)的復(fù)合材料等，其中應(yīng)用最廣泛的有三類：硅橡膠、丙烯酸酯和聚氨酯。

二、介電彈性體在柔性機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用

介電彈性體驅(qū)動器擁有高響應(yīng)速度和高的能量轉(zhuǎn)換效率，這讓介電彈性體柔性機(jī)器人擁有非凡的機(jī)動性和續(xù)航能力。例如以硅橡膠介電彈性體作為肌肉，硅橡膠薄膜為魚鰭，仿照蝠鲼設(shè)計的水下驅(qū)動電子魚在可在施加循環(huán)電壓時，硅橡膠介電彈性體肌肉拉動魚鰭擺動，使電子魚可以像蝠鲼一樣通過周期性擺動產(chǎn)生推力，實現(xiàn)游動。

利用介電彈性體的特性，柔性機(jī)器人能適應(yīng)復(fù)雜和惡劣的工作環(huán)境。傳統(tǒng)的“堅硬”型機(jī)器人由于連接關(guān)節(jié)的弊病而有諸多限制，他們不能夠在狹窄的空間中移動，而且必須安裝堅硬的殼體應(yīng)對危險。柔性機(jī)器人具有柔性可變的身軀和關(guān)節(jié)，甚至不需要關(guān)節(jié)，意味著它能夠在各種環(huán)境移動自如，這讓它對復(fù)雜的環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)。不僅如此，柔性機(jī)器人還能適應(yīng)各種極限工作環(huán)境，如超高壓海底。

三、介電彈性體能量收集

電動機(jī)和發(fā)電機(jī)的工作原理是相反的，電動機(jī)由電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，是發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的逆過程。同理，介電彈性體發(fā)電過程也是介電彈性體驅(qū)動器的逆過程。

介電彈性體發(fā)電機(jī)能夠應(yīng)用到能量收集領(lǐng)域，這衍生出多種類型的發(fā)電機(jī)，如用來收集自然能量的波浪發(fā)電機(jī)和風(fēng)能發(fā)電機(jī)，或者用來收集人體運動能量的可穿戴發(fā)電機(jī)和接觸式發(fā)電機(jī)。

四、介電彈性體揚聲器領(lǐng)域的應(yīng)用

工程師用1mm厚的VHB4910丙烯酸酯膠布(3M)和100mm厚的聚丙烯酰胺水凝膠（含NaCl)制備了介電彈性體，并在兩側(cè)制作具有高度可拉伸性和透明性的揚聲器。音頻信號經(jīng)過高壓放大器饋送到揚聲器，高壓交流電下介電彈性體產(chǎn)生振動，能在20~20000Hz的整個可聽范圍內(nèi)發(fā)出聲音。

五、介電彈性體振動控制器

介電彈性體作為柔性驅(qū)動器新身份重新出現(xiàn)在半主動和主動振動控制領(lǐng)域。一種方向是介電彈性體驅(qū)動器在直流電場中可控的大變形行為，使介電彈性體的剛度和阻尼能夠隨形變產(chǎn)生規(guī)律的變化，因此這為介電彈性體在主動減振降噪領(lǐng)域提供了可能。另一種方向是介電彈性體在高壓交流電下具有不同的振動響應(yīng)模式，此時的介電彈性體作為致動器產(chǎn)生大小相等、相位相反的振動來抵消傳入的振動，從而實現(xiàn)主動振動控制。

六、介電彈性體在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

科學(xué)家開發(fā)了一種管狀硅橡膠介電彈性體心臟輔助器，它能夠通過緩解主動脈在收縮期的變形和增加其在舒張期的壓力來輔助心臟泵血。管狀介電彈性體驅(qū)動器是由硅橡膠制成的，可以取代部分主動脈，基于介電彈性體剛度可控性，再現(xiàn)天然主動脈的軟化和硬化行為，以此為血液流動提供能量。由于介電彈性體驅(qū)動器體積小并且能量密度大，相對于體積較大的氣動驅(qū)動裝置，具有更大的希望植入到心臟的主動脈中。此外，作者應(yīng)用的硅橡膠無毒，與人體組織不黏連，自帶抗凝血作用，是一種具有生理惰性材料，相對于目前普遍使用的冠狀動脈金屬支架，將更適用于心臟手術(shù)。作者對介電彈性體應(yīng)用到心臟主動脈的研究系首創(chuàng)，為介電彈性體的醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了新思路。

　　圖：ATA-7030高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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