CN113265721A - 一种纤维状介电弹性体驱动器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维状介电弹性体驱动器及其制备方法，该驱动器是三层同心或偏心纤维结构，内外两层为柔性电极，中间层为介电弹性体。该方法通过设计制备嵌段共聚物作为介电弹性体材料、聚丙烯酸钠导电水凝胶作为电极材料，采用溶液纺丝共挤出技术，可以实现连续化、规模化制造，有利于推进低成本介电弹性体驱动器的实际应用，通过设计不同形状的挤出头，制备得到不同纤维状结构的驱动器，实现不同的运动形式，本发明的纤维状介电弹性体驱动器具有轻质、全柔性、高透明度特点，无需硬质框架，无预拉伸时可在较低电压下实现大变形(＞10％)，弯曲程度大于90度，在软体机器人、可穿戴电子设备、智能织物、智能光学器件等领域具有巨大的应用前景。

Description

一种纤维状介电弹性体驱动器及其制备方法

技术领域

本发明涉及介电弹性体驱动器领域，尤其涉及一种纤维状介电弹性体驱动器及其制备方法。

背景技术

目前机器人与工业自动化领域传统的驱动形式是电机驱动，以刚性结构为主，存在笨重、安全系数低、环境适应性差、传动效率低、噪声大等问题。

为解决这些问题，人们开发了各种柔性驱动器，根据驱动机理可分为物质驱动、热驱动、气压驱动和电驱动。物质驱动的水凝胶和导电聚合物驱动器，响应速度慢，需要液相介质，这限制了其应用；热驱动的液晶弹性体和形状记忆聚合物驱动器，存在热量难以控制的问题；气动人工肌肉体积大、受辅助系统的限制；而电驱动的介电弹性体是一类能在外电场作用下产生大变形的智能软材料，具有柔性、响应速度快、不需要液相介质、易于控制集成、体积小、质量轻、能量密度高、能量转化效率高、噪声低等特点，被视为新一代人工肌肉，在软体机器人、智能可穿戴设备、康复医疗器材、人机交互产品、微流体控制等领域具有巨大的应用潜力。

在介电弹性体薄膜的上下表面涂覆柔性电极，即可组成介电弹性体驱动器。其驱动机理是：向电极表面施加电压时，上下表面的异种电荷相互吸引，同一表面的同种电荷相互排斥，产生麦克斯韦应力(Maxwell Stress)，使得介电弹性体在厚度方向被压缩，在平面方向上发生扩张，从而产生驱动变形，将电能转化为机械能。施加在介电弹性体薄膜上的麦克斯韦应力(P)为：

P＝ε₀ε_rE²

式中ε₀为真空介电常数(8.85×10^-12F/m)，ε_r为介电弹性体的相对介电常数，E为外加电场的电场强度(等于外加电压U与薄膜厚度d的比值，

)。在小变形时，薄膜厚度收缩应变(S_Z)为：

式中Y为介电弹性体的弹性模量。由此可见，介电弹性体驱动器的驱动应变与模量、厚度的平方成反比，与介电常数、电压的平方成正比。

相比于产生双向驱动不利于实际应用的平面构型驱动器，能实现线性驱动的纤维状驱动器具有诸多优点：纤维是一种具有柔性和各向异性的结构，可利用传统的纺织技术进行编织得到可穿戴的智能织物，而且，自然界中最完美的柔性驱动器——生物肌肉，也具有多级纤维结构，其运动单元是能产生线性驱动的肌纤维，通过组合便可实现复杂的运动形式。

现有制备纤维状介电弹性体驱动器的方法主要有手工涂覆导电电极到管状介电弹性体法、浸渍涂覆法、介电弹性体薄膜卷绕弹簧芯法等。Arora等人将市售硅橡胶弹性体中空管预拉伸后用硬质框架固定，再手工涂覆导电电极，制备得到的纤维驱动器在高达14kV的电压下产生7％的应变；Kofod等人利用多次浸渍涂覆工艺，将橡皮筋预拉伸后固定，分别在电极溶液和介电弹性体溶液中浸涂上电极层和介电弹性体层，该驱动器在大约10kV的电压下应变为6.9％；Rajamani等人将VHB膜预拉伸、涂覆碳膏电极后，在弹簧表面卷绕，形成矮胖型卷绕驱动器，在3.64kV电压下驱动应变为12.77％。

从上述研究进展中可以看出，目前纤维状介电弹性体驱动器发展中还存在亟需解决的问题是：①需要手工多次涂覆导电电极，工艺繁琐复杂；②有预拉伸，长时间使用时存在应力松弛的问题，相应地，存在刚性结构，增加了器件的额外负重，降低了能量密度；③单次只能制备一段很短的驱动器，无法连续化、规模化；③制备得到的驱动器驱动性能差，应变小，电压高；④变形模式单一，只能实现单自由度运动。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种纤维状介电弹性体驱动器的制备方法，该方法通过设计制备嵌段共聚物作为介电弹性体材料、聚丙烯酸钠导电水凝胶作为电极材料，采用连续化的溶液纺丝共挤出技术，制备得到了轻质、全柔性、高透明度具有优异驱动性能的纤维状介电弹性体驱动器，在软体机器人、可穿戴电子设备、智能织物、智能光学器件等领域具有巨大的应用前景。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种纤维状介电弹性体驱动器，它是三层同心或偏心纤维结构，最内层和最外层为柔性电极，中间层为介电弹性体；所述柔性电极为聚丙烯酸钠水凝胶，所述介电弹性体为嵌段共聚物。所述的纤维状介电弹性体驱动器通过以下方法制备得到：

(1)将1～8质量份的嵌段共聚物置于3～10质量份的分散介质中，室温下搅拌0.1～2小时，配制成中间层介电弹性体纺丝原液；

(2)将1质量份的聚丙烯酸钠置于10～100质量份的水中，再加入1质量份的丙烯酸和0.0005～0.015质量份的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，升高温度至50-60℃，搅拌0.5～2小时，待冷却至室温后，加入0.001～0.01质量份的引发剂过硫酸铵，搅拌0.1～1小时，配制成最内层和最外层柔性电极纺丝原液；

(3)介电弹性体纺丝原液和柔性电极纺丝原液经过三层同心或偏心挤出头以0.1-10mL/min的流速挤出至60～100℃的惰性气体中，卷绕收集得到具有内电极层、介电弹性体层、外电极层的同心或偏心纤维状介电弹性体驱动器。

进一步地，内层柔性电极直径为：0.4-4mm，介电弹性体厚度为：0.04-0.6mm，外层柔性电极厚度为：0.02-0.2mm。

进一步地，所述介电弹性体嵌段共聚物的结构通式为A-B-A；其中，A选自苯乙烯均聚物或甲基丙烯酸甲酯均聚物；B选自丙烯酸乙酯均聚物、丙烯酸正丁酯均聚物、丙烯酸异丁酯均聚物、丙烯酸叔丁酯均聚物、丙烯酸异辛酯均聚物、甲基丙烯酸乙酯均聚物、甲基丙烯酸正丁酯均聚物、甲基丙烯酸异丁酯均聚物、甲基丙烯酸叔丁酯均聚物、甲基丙烯酸异辛酯均聚物、丁二烯均聚物、异戊二烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物。

进一步地，所述介电弹性体嵌段共聚物的总分子量为5～50万，每个A链段的数均分子量为1～5万，B链段的数均分子量为3～40万，B链段的重量百分比＞60％。

进一步地，所述步骤(1)中，分散介质为乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、甲基乙基酮、乙酸乙酯、丙酸甲酯。

进一步地，所述步骤(3)中，惰性气体为空气、氮气、氩气、氦气。

本发明的有益效果是：通过设计制备嵌段共聚物作为介电弹性体材料、聚丙烯酸钠导电水凝胶作为电极材料，采用低成本、可工业化的溶液纺丝共挤出技术，大幅度简化驱动器制造过程，实现了介电弹性体纤维状驱动器连续化、规模化地制造，创造性地设计不同形状的挤出头，制备得到不同纤维状结构的驱动器，实现不同的运动形式。具体如下：

(1)设计制备嵌段共聚物作为介电弹性体。嵌段共聚物的中间链段为软段，带极性基团，具有模量低、断裂伸长率高、介电常数高的优点，根据介电弹性体的驱动原理，可实现介电弹性体驱动器的大变形；而且，物理交联的嵌段共聚物热塑性弹性体可熔可溶、易于加工，因而可溶解在低沸点易挥发的溶剂中进行挤出。

(2)设计制备聚丙烯酸钠导电水凝胶作为透明柔性电极。聚丙烯酸钠溶解在水中可提供高粘度，便于挤出，再以丙烯酸为单体，N,N'-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，过硫酸铵为引发剂，挤出后在热引发下自由基聚合与交联同时完成，得到双网络水凝胶，具有优良的力学性能和高导电性，满足了介电弹性体驱动器对电极低模量、可拉伸、导电性好的要求，而且相比于其它柔性电极如碳纳米管、石墨烯、碳膏等，聚丙烯酸钠导电水凝胶具有高透明性，可用于设计制备智能光学器件。

(3)采用低成本、可工业化的溶液纺丝共挤出技术，大幅度简化驱动器制造过程，实现了介电弹性体纤维状驱动器连续化、规模化地制造，该流程设备简单，易于批量生产，有利于推进低成本介电弹性体驱动器的实际应用。

(4)创造性地设计不同形状的挤出头，制备得到不同纤维状结构的驱动器，实现不同的运动形式。根据介电弹性体的驱动原理，在相同电压下，当内外电极层之间的介电弹性体层厚度均匀一致时，驱动应变相同，因而同心纤维可展现出伸缩运动；当介电弹性体厚度不均匀时，较厚的那侧驱动应变小，较薄的那侧驱动应变大，因而偏心纤维可展现出弯曲运动，而且不同的偏心形状和偏心程度可实现朝不同方向的弯曲及差别化弯曲程度。

(5)通过该方法制备得到的纤维状介电弹性体驱动器具有轻质、全柔性、高透明度的特点，不需要硬质框架，无预拉伸时可在较低电压下实现大变形(＞10％)，弯曲程度大于90度。

附图说明

图1是本发明的同心纤维状介电弹性体驱动器结构示意图，其中，1为内电极层，2为介电弹性体层，3为外电极层；

图2是本发明的偏心纤维状介电弹性体驱动器结构示意图，其中，1为内电极层，2为介电弹性体层，3为外电极层，

图3是本发明实施例1得到的嵌段共聚物的GPC曲线，其中1是聚苯乙烯，2是聚(苯乙烯-b-丙烯酸正丁酯)，3是聚(苯乙烯-b-丙烯酸正丁酯-b-苯乙烯)；

图4是本发明实施例1和实施例2得到的嵌段共聚物的力学性能曲线，其中1是聚(苯乙烯-b-丙烯酸异辛酯-b-苯乙烯)，2是聚(苯乙烯-b-丙烯酸正丁酯-b-苯乙烯)；

图5是本发明实施例1得到的动态力学性能结果，其中1是VHB^TM 4910，2是聚(苯乙烯-b-丙烯酸异辛酯-b-苯乙烯)；

图6是本发明实施例2得到的嵌段共聚物的GPC曲线，其中1是聚苯乙烯，2是聚(苯乙烯-b-丙烯酸异辛酯)，3是聚(苯乙烯-b-丙烯酸异辛酯-b-苯乙烯)；

图7是本发明实施例4得到的纤维状介电弹性体驱动器的外观图；

图8是本发明实施例4得到的纤维状介电弹性体驱动器的驱动性能结果。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1：聚(苯乙烯-b-丙烯酸正丁酯-b-苯乙烯)嵌段共聚物的制备与性能

本实施例采用RAFT可逆加成断裂链转移乳液聚合方法进行材料制备，具体步骤如下：

第一步：将1质量份双亲性大分子RAFT试剂、60质量份水，搅拌至溶解完全，后加入54质量份苯乙烯，搅拌混合，其中双亲性大分子RAFT试剂的化学结构式为：

第二步：将上述原料加入四口烧瓶，室温下通氮除氧0.5h，水浴升温至70℃，加入引发剂过硫酸钾水溶液(0.02质量份过硫酸钾溶于12质量份水中)，反应1h。然后缓慢加入氢氧化钠水溶液(0.3质量份氢氧化钠溶于10质量份水中)，继续反应1.5h。再加入54质量份丙烯酸正丁酯和50质量份水，反应2h。最后再加入7质量份苯乙烯，反应1.5h；

第三步：反应结束后，将稀盐酸溶液(3wt％)加入乳液产物中进行破乳沉降，沉降产物用蒸馏水多次洗涤至中性，晾干后置于真空烘箱120℃下真空干燥12h，最终得到淡黄色的聚合物颗粒；

第四步：将6-7g聚合物溶解于70g四氢呋喃中，倒入直径为12cm的聚四氟乙烯表面皿中成膜，先在室温下使大部分溶剂挥发，然后置于130℃真空烘箱中继续烘干并退火，制备得到厚度约为0.5～0.6mm的聚合物膜。

聚合物的分子量表征在凝胶渗透色谱Waters1525-2414-717GPC仪器上进行，洗脱液为四氢呋喃，以窄分布聚苯乙烯标样进行校正。

聚合物的力学性能由万能材料试验机(Zwick/Roll Z020)进行测试，将上述聚合物膜用标准裁样刀裁为哑铃状样条备用，测试方法采用GB 16421-1996，拉伸速率为30mm/min，每个样品的测试至少重复三次。

聚合物的动态力学性能采用动态力学分析仪(DMA，TA Q800)进行表征，将上述聚合物膜裁剪为25mm×5mm的长条形，测试条件为拉伸模式，测试频率为1Hz，测试温度由-90℃开始，以5℃/min的速率逐渐升至150℃。测量过程中记录材料的损耗因子tanδ。

图3为每段反应结束后所得的嵌段共聚物的GPC曲线，可以看出，随着嵌段数量的增加，聚合物的分子量整体向高分子量处偏移，说明产物为嵌段共聚物，每段分子量分别为1.5W-12W-1.5W。图4中2号曲线为该嵌段共聚物的力学性能曲线，由图可知，该聚合物具有0.469MPa的低模量、3.11MPa的高强度和1013％的高断裂伸长率，适合作为介电弹性体的应用，可展现出大驱动应变。图5为该嵌段共聚物和商业化的VHB^TM 4910弹性体的动态力学性能对比，可以看出，在室温环境下VHB^TM 4910的损耗因子为1，而聚(苯乙烯-b-丙烯酸正丁酯-b-苯乙烯)嵌段共聚物在室温下的损耗因子仅为0.23，表明该聚合物的粘性损耗更低，在驱动时具有更快的响应速度和更高的能量转化效率。

实施例2：聚(苯乙烯-b-丙烯酸异辛酯-b-苯乙烯)嵌段共聚物的制备与性能

本实施例采用RAFT可逆加成断裂链转移乳液聚合方法进行材料制备，制备方法与实施例1中类似，只是把第二嵌段的反应单体由实施例1中的丙烯酸正丁酯更换为丙烯酸异辛酯。

本实施例聚合物的分子量表征和聚合物的力学性能测试与实施例1中类似。

图6为每段反应结束后所得的嵌段共聚物的GPC曲线，可以看出，随着嵌段数量的增加，聚合物的分子量整体向高分子量处偏移，说明产物为嵌段共聚物，每段分子量分别为1.5W-12W-1.5W。图4中1号曲线为该嵌段共聚物的力学性能曲线，由图可知，该聚合物具有0.299MPa的低模量、3.09MPa的高强度和468％的高断裂伸长率，适合作为介电弹性体的应用，可展现出大驱动应变。对比聚(苯乙烯-b-丙烯酸正丁酯-b-苯乙烯)和聚(苯乙烯-b-丙烯酸异辛酯-b-苯乙烯)两种嵌段共聚物的力学性能可以发现，通过改变中间链段单体侧基的大小可以对聚合物的力学性能进行调节，当中间链段单体侧基越大时，连缠结密度降低，模量降低，断裂伸长率下降。

实施例3：聚丙烯酸钠水凝胶的制备与性能

第一步：将1质量份聚丙烯酸置于80质量份水中，再加入1质量份的丙烯酸和0.005质量份的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，升高温度至60℃，搅拌2小时；

第二步：待冷却至室温后，加入0.01质量份的引发剂过硫酸铵，搅拌0.5小时；

第三步：将上述原料混合液经过单轴挤出头以1mL/min的流速挤出至80℃的空气中，卷绕收集得到单根水凝胶纤维。

过硫酸根离子受热分解产生自由基，引发丙烯酸的聚合，在交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺的存在下，发生交联反应，最终得到具有三维网状结构的聚丙烯酸钠水凝胶。

水凝胶的力学性能由万能材料试验机(Zwick/Roll Z020)进行测试，将上述水凝胶纤维裁成50mm长度，拉伸速率为10mm/min，样品的测试至少重复三次。

水凝胶的导电性能由LCR数字电桥(AT810)进行测试，将上述水凝胶纤维裁成50mm长度，测量其直径，通过LCR连接纤维两端测量其电阻值，再利用公式计算得到其电导率。

力学性能测试结果表明，该水凝胶具有柔软、可拉伸性好的特点，模量仅为100Pa，断裂伸长率可达600％，其模量低于介电弹性体，不会限制其驱动应变；导电性能测试结果得出水凝胶的电导率2S/m，导电性好，有利于减少电热损耗，提高能量利用效率。

实施例4：基于聚(苯乙烯-b-丙烯酸异辛酯-b-苯乙烯)嵌段共聚物的同心纤维伸缩驱动性能

第一步：将4.5质量份的聚(苯乙烯-b-丙烯酸异辛酯-b-苯乙烯)嵌段共聚物(分子量：1.5W-12W-1.5W)置于5.5质量份的四氢呋喃中，室温下搅拌2小时，配制成中间层介电弹性体纺丝原液；

第二步：将1质量份的聚丙烯酸钠置于50质量份的水中，再加入1质量份的丙烯酸和0.005质量份的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，升高温度至60℃，搅拌2小时，待冷却至室温后，加入0.01质量份的引发剂过硫酸铵，搅拌0.5小时，配制成最内层和最外层柔性电极纺丝原液；

第三步：介电弹性体纺丝原液和柔性电极纺丝原液经过三层同心挤出头以1mL/min的流速挤出至80℃的空气中，卷绕收集得到具有内电极层、介电弹性体层、外电极层的同心纤维状介电弹性体驱动器。

驱动性能表征：将制备得到的同心纤维状介电弹性体驱动器垂直悬挂，下方无负载或加载质量为M的质量块，内、外电极分别连接到高压电源(TREK^TM 610E)，加电压后驱动器会伸长，撤去电压后驱动器会回复而缩短。通过高压电源输出不同的电压值，驱动时使用数码相机(Canon EOS70D)进行录像，记录驱动器随电压的增加而产生的驱动变形，驱动电压从0V逐渐增加直至发生电击穿失效。然后统计分析不同驱动电压下有效驱动区域长度的变化，进而计算不同电压下的形变量。

图7为纤维状介电弹性体驱动器的外观图。图8为同心纤维伸缩驱动性能结果，介电弹性体层厚度为100μm，电击穿电压为2400V，击穿场强为24V/μm。无负载时，最大驱动变形为13.2％；在3g负载情况下，相当于对驱动器有一定程度的预拉伸，介电弹性体层厚度会减小，因而最大驱动变形有所提升，为17.5％；当负载质量进一步提升时，对驱动器的拉伸程度增大，导致其模量上升，不易产生形变，所以最大驱动变形反而减小为10.8％，但都实现了大于10％的大应变。

实施例5：基于聚(苯乙烯-b-丙烯酸正丁酯-b-苯乙烯)嵌段共聚物的偏心纤维弯曲驱动性能

第一步：将5.5质量份的聚(苯乙烯-b-丙烯酸正丁酯-b-苯乙烯)嵌段共聚物(分子量：1.5W-12W-1.5W)置于4.5质量份的四氢呋喃中，室温下搅拌2小时，配制成中间层介电弹性体纺丝原液；

第二步：将1质量份的聚丙烯酸钠置于30质量份的水中，再加入1质量份的丙烯酸和0.002质量份的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，升高温度至60℃，搅拌2小时，待冷却至室温后，加入0.005质量份的引发剂过硫酸铵，搅拌0.5小时，配制成最内层和最外层柔性电极纺丝原液；

第三步：介电弹性体纺丝原液和柔性电极纺丝原液经过三层偏心挤出头以1mL/min的流速挤出至80℃的空气中，卷绕收集得到具有内电极层、介电弹性体层、外电极层的偏心纤维状介电弹性体驱动器。

驱动性能表征：将制备得到的偏心纤维状介电弹性体驱动器垂直悬挂，下方无负载，内、外电极分别连接到高压电源(TREK^TM 610E)，加电压后驱动器会弯曲，撤去电压后驱动器会回复。通过高压电源输出不同的电压值，驱动时使用数码相机(Canon EOS70D)进行录像，记录驱动器随电压的增加而产生的驱动变形，驱动电压从0V逐渐增加直至发生电击穿失效。然后统计分析不同驱动电压下弯曲角度的变化。

该偏心纤维中间层介电弹性体的厚度范围为60～140微米，电击穿电压为1500V，击穿场强为25V/μm，在1500V电压下可实现最大135度的弯曲变形。

实施例6：

第一步：将1质量份的聚(苯乙烯-b-丙烯酸乙酯-b-苯乙烯)嵌段共聚物(分子量：4.5W-40W-4.5W)置于3质量份的甲基叔丁基醚中，室温下搅拌0.1小时，配制成中间层介电弹性体纺丝原液；

第二步：将1质量份的聚丙烯酸钠置于10质量份的水中，再加入1质量份的丙烯酸和0.0005质量份的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，升高温度至50℃，搅拌0.5小时，待冷却至室温后，加入0.001质量份的引发剂过硫酸铵，搅拌0.1小时，配制成最内层和最外层柔性电极纺丝原液；

第三步：介电弹性体纺丝原液和柔性电极纺丝原液经过三层同心挤出头以0.1mL/min的流速挤出至60℃的氮气中，卷绕收集得到具有内电极层、介电弹性体层、外电极层的同心纤维状介电弹性体驱动器。

驱动性能表征：将制备得到的同心纤维状介电弹性体驱动器垂直悬挂，下方无负载或加载质量为M的质量块，内、外电极分别连接到高压电源(TREK^TM 610E)，加电压后驱动器会伸长，撤去电压后驱动器会回复而缩短。通过高压电源输出不同的电压值，驱动时使用数码相机(Canon EOS70D)进行录像，记录驱动器随电压的增加而产生的驱动变形，驱动电压从0V逐渐增加直至发生电击穿失效。然后统计分析不同驱动电压下有效驱动区域长度的变化，进而计算不同电压下的形变量。纤维伸缩驱动性能结果表明，该驱动器具有很好的驱动形变性。

实施例7：

第一步：将8质量份的聚(苯乙烯-b-丙烯酸异丁酯-b-苯乙烯)嵌段共聚物(分子量：1W-3W-1W)置于10质量份的甲基乙基酮中，室温下搅拌2小时，配制成中间层介电弹性体纺丝原液；

第二步：将1质量份的聚丙烯酸钠置于100质量份的水中，再加入1质量份的丙烯酸和0.015质量份的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，升高温度至60℃，搅拌1小时，待冷却至室温后，加入0.01质量份的引发剂过硫酸铵，搅拌1小时，配制成最内层和最外层柔性电极纺丝原液；

第三步：介电弹性体纺丝原液和柔性电极纺丝原液经过三层同心挤出头以10mL/min的流速挤出至100℃的氩气中，卷绕收集得到具有内电极层、介电弹性体层、外电极层的同心纤维状介电弹性体驱动器。

驱动性能表征：将制备得到的同心纤维状介电弹性体驱动器垂直悬挂，下方无负载或加载质量为M的质量块，内、外电极分别连接到高压电源(TREKTM 610E)，加电压后驱动器会伸长，撤去电压后驱动器会回复而缩短。通过高压电源输出不同的电压值，驱动时使用数码相机(Canon EOS70D)进行录像，记录驱动器随电压的增加而产生的驱动变形，驱动电压从0V逐渐增加直至发生电击穿失效。然后统计分析不同驱动电压下有效驱动区域长度的变化，进而计算不同电压下的形变量。纤维伸缩驱动性能结果表明，该驱动器具有很好的驱动形变性。

上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种纤维状介电弹性体驱动器，其特征在于，所述纤维状介电弹性体驱动器是三层同心或偏心纤维结构，其中内层芯体和最外层为柔性电极，中间层为介电弹性体；所述柔性电极为聚丙烯酸钠水凝胶，所述介电弹性体为嵌段共聚物。所述的纤维状介电弹性体驱动器通过以下方法制备得到：

(1)将1～8质量份的嵌段共聚物置于3～10质量份的分散介质中，室温下搅拌0.1～2小时，配制成中间层介电弹性体纺丝原液；

(2)将1质量份的聚丙烯酸钠置于10～100质量份的水中，再加入1质量份的丙烯酸和0.0005～0.015质量份的交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，升高温度至50-60℃，搅拌0.5～2小时，待冷却至室温后，加入0.001～0.01质量份的引发剂过硫酸铵，搅拌0.1～1小时，配制成最内层和最外层的柔性电极纺丝原液；

(3)介电弹性体纺丝原液和柔性电极纺丝原液经过三层同心或偏心挤出头以0.1-10mL/min的流速挤出至60～100℃的空气或惰性气体中，卷绕收集得到具有内电极层、介电弹性体层、外电极层的同心或偏心纤维状介电弹性体驱动器。

2.根据权利要求1所述的纤维状介电弹性体驱动器，其特征在于，所述嵌段共聚物的结构通式为A-B-A；其中，A选自苯乙烯均聚物或甲基丙烯酸甲酯均聚物；B选自丙烯酸乙酯均聚物、丙烯酸正丁酯均聚物、丙烯酸异丁酯均聚物、丙烯酸叔丁酯均聚物、丙烯酸异辛酯均聚物、甲基丙烯酸乙酯均聚物、甲基丙烯酸正丁酯均聚物、甲基丙烯酸异丁酯均聚物、甲基丙烯酸叔丁酯均聚物、甲基丙烯酸异辛酯均聚物、丁二烯均聚物、异戊二烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物；

所述嵌段共聚物的总分子量为5～50万，每个A链段的数均分子量为1～5万，B链段的数均分子量为3～40万；所述嵌段共聚物中，B链段的重量百分比＞60％。

3.根据权利要求1所述的纤维状介电弹性体驱动器，其特征在于，所述步骤(1)中，分散介质为乙醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、甲基乙基酮、乙酸乙酯、丙酸甲酯。

4.根据权利要求1所述的纤维状介电弹性体驱动器，其特征在于，所述步骤(3)中，惰性气体为氮气、氩气、氦气。

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