双峰网络介电弹性体无需预拉伸实现190%面积应变,柔性驱动技术产业化迎来新突破

柔性电子与智能驱动领域,介电弹性体(DE)材料一直被认为是“人造肌肉”的重要候选。但在过去十年里,技术推进主要卡在两点:丙烯酸类材料要获得高应变通常必须预拉伸,但加工性较差;有机硅材料虽然更易成型,应变能力却往往难以超过60%。更棘手的是,传统材料在高压电场下容易出现机电失稳(EMI)并引发撕裂,研究人员不得不借助刚性框架进行预拉伸固定,更限制了其在柔性应用中的发挥。 针对该难题,研究团队提出“ 双峰网络 ”设计思路。材料通过物理交联形成“硬相”、化学交联形成“软相”,构建复合网络结构,使PHDE在微观上实现功能分区:高介电常数层用于分散电场强度,高弹性层负责在大形变后快速恢复。实验结果显示,该材料在190%应变下仍可保持110%以上的回滞比,能量密度相比传统材料提升近3倍。 在产业化环节,团队开发的干式转移印刷技术同样关键。以往湿法堆叠工艺良率损失可达30%,而新的真空定位工艺可实现多层薄膜的精准对位,使堆叠良率提升至95%。同时,该工艺可在常温常压条件下完成,有助于显著降低制造成本。 行业专家认为,这一进展可能带来三上变化:第一,零预拉伸让材料可自由裁剪,更贴合可穿戴设备的定制需求;第二,多层堆叠工艺成熟后,驱动电压有望进一步降至更安全的范围;第三,最高190%的应变能力为软体机器人关节等结构设计打开空间。目前,该技术已在实验室完成智能假肢抓取、外骨骼助力等场景验证,响应速度可达每秒3次动作循环。

从依赖刚性框架的预拉伸方案,到“零预拉伸”条件下实现稳定大应变,再到可复制的干式堆叠制造路径,此进展显示软体驱动领域正在从单纯比拼材料性能,转向更强调工程化与可制造性。能否在安全可靠的前提下降低驱动电压、提升输出,并实现规模化生产,将直接影响电致驱动技术在更多真实场景中的落地进程。