Advanced

Microsphere-based modeling of electro-active polymers

Thylander, Sara LU (2016)
Abstract (Swedish)
Elektroaktiva polymerers (EAPs) främsta egenskap är deras förmåga att kunna omvandla elektrisk energi till mekanisk energi (och vice versa). Den typ av EAPs som behandlas inom ramen för detta arbete kallas för dielektriska elastomerer och är en undergrupp av elektroniska elektroaktiva polymerer. De karakteriseras av en väldigt låg elastisk styvhet, kapabel till stora elastiska deformationer, och av en hög energidensitet. En dielektrisk elastomer placerad mellan två elektroder som kopplas till en strömkälla kommer komprimeras på grund av den elektriska fältstyrka som byggs upp mellan elektroderna, då materialet inte leder ström. Eftersom materialet dessutom anses vara inkompressibelt kommer ytan vinkelrätt mot det elektrisk fältet att öka.... (More)
Elektroaktiva polymerers (EAPs) främsta egenskap är deras förmåga att kunna omvandla elektrisk energi till mekanisk energi (och vice versa). Den typ av EAPs som behandlas inom ramen för detta arbete kallas för dielektriska elastomerer och är en undergrupp av elektroniska elektroaktiva polymerer. De karakteriseras av en väldigt låg elastisk styvhet, kapabel till stora elastiska deformationer, och av en hög energidensitet. En dielektrisk elastomer placerad mellan två elektroder som kopplas till en strömkälla kommer komprimeras på grund av den elektriska fältstyrka som byggs upp mellan elektroderna, då materialet inte leder ström. Eftersom materialet dessutom anses vara inkompressibelt kommer ytan vinkelrätt mot det elektrisk fältet att öka. Dielektriska elastomerer aktiverade på detta sätt kan ersätta mer tradionella material inom flera högteknologiska områden såsom justerbara linser, mikropumpar, högtalare och som generatorer i system som utvinner förnyelsebar energi. Dess likheter med muskler, som också reagerar på elektriska signaler med deformation och är väldigt elastiska, har gett dem smeknamnet artificiella muskler.


Denna avhandling berör till största delen matematiska modeller av dielektriska elastomerer och tillhörande simuleringar av olika randvärdesproblem. Även experiment på dielektriska elastomerer under inverkan av elektromekaniskt kopplade laster har utförts. Inom ramen för modellering har arbetet koncentrerats kring den så kallade mikrosfär-metoden. Utnyttjande av mikrosfär-metoden möjliggör användandet av en-dimensionella fria energier, baserade på till exempel statistisk mekanik. Via en medelvärdesbildning över ytan på mikrosfären är det möjligt att transformera de en-dimensionella storheterna till tre-dimensionella motsvarigheter som representerar responsen av kontinuumet. Metoden, som tidigare använts med framgång på gummi-liknande material under mekanisk last, har i denna avhandling utökats för att inkorporera elektromekaniska kopplingar. Metoden visades ge tillförlitliga resultat även för dielektriska elastomerer utsatta för ett elektriskt fält. För att anpassa modellen till specifika val av dielektriska elastomerer har experiment, både gjorda inom ramen för detta arbete och rapporterade i litteraturen, använts för att kalibrera och förfina modellen ytterligare.  (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Professor Xu, Bai-Xiang, Technische Universität Darmstadt, Germany
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
pages
119 pages
publisher
Department of Construction Sciences, Lund University
defense location
M:E, M-building, Ole Römers väg 1, Lund University, Faculty of Engineering.
defense date
2016-11-04 10:00
ISBN
978-91-7753-006-0
language
English
LU publication?
yes
id
8bd6f202-af94-4e73-9677-ebd945ec8174
date added to LUP
2016-10-11 10:49:52
date last changed
2016-10-11 13:39:27
@misc{8bd6f202-af94-4e73-9677-ebd945ec8174,
  abstract     = {Elektroaktiva polymerers (EAPs) främsta egenskap är deras förmåga att kunna omvandla elektrisk energi till mekanisk energi (och vice versa). Den typ av EAPs som behandlas inom ramen för detta arbete kallas för dielektriska elastomerer och är en undergrupp av elektroniska elektroaktiva polymerer. De karakteriseras av en väldigt låg elastisk styvhet, kapabel till stora elastiska deformationer, och av en hög energidensitet. En dielektrisk elastomer placerad mellan två elektroder som kopplas till en strömkälla kommer komprimeras på grund av den elektriska fältstyrka som byggs upp mellan elektroderna, då materialet inte leder ström. Eftersom materialet dessutom anses vara inkompressibelt kommer ytan vinkelrätt mot det elektrisk fältet att öka. Dielektriska elastomerer aktiverade på detta sätt kan ersätta mer tradionella material inom flera högteknologiska områden såsom justerbara linser, mikropumpar, högtalare och som generatorer i system som utvinner förnyelsebar energi. Dess likheter med muskler, som också reagerar på elektriska signaler med deformation och är väldigt elastiska, har gett dem smeknamnet artificiella muskler. <br/><br/><br/>Denna avhandling berör till största delen matematiska modeller av dielektriska elastomerer och tillhörande simuleringar av olika randvärdesproblem. Även experiment på dielektriska elastomerer under inverkan av elektromekaniskt kopplade laster har utförts. Inom ramen för modellering har arbetet koncentrerats kring den så kallade mikrosfär-metoden. Utnyttjande av mikrosfär-metoden möjliggör användandet av en-dimensionella fria energier, baserade på till exempel statistisk mekanik. Via en medelvärdesbildning över ytan på mikrosfären är det möjligt att transformera de en-dimensionella storheterna till tre-dimensionella motsvarigheter som representerar responsen av kontinuumet. Metoden, som tidigare använts med framgång på gummi-liknande material under mekanisk last, har i denna avhandling utökats för att inkorporera elektromekaniska kopplingar. Metoden visades ge tillförlitliga resultat även för dielektriska elastomerer utsatta för ett elektriskt fält. För att anpassa modellen till specifika val av dielektriska elastomerer har experiment, både gjorda inom ramen för detta arbete och rapporterade i litteraturen, använts för att kalibrera och förfina modellen ytterligare. },
  author       = {Thylander, Sara},
  isbn         = {978-91-7753-006-0},
  language     = {eng},
  pages        = {119},
  publisher    = {ARRAY(0xbdb71c0)},
  title        = {Microsphere-based modeling of electro-active polymers},
  year         = {2016},
}