现有介电弹性体存在驱动电场大、机械损耗大等缺点，中山大学石磊/李斌课题组提出了一种大分子软填料增塑丙烯酸酯弹性体的新策略，合成的均相PPN（PAN/PBA/NBR）介电弹性体具有高介电、低模量、低黏弹、耐低温、成型快、可大规模生产等优点，在人工肌肉、柔性传感等领域拥有广泛的应用前景。
介电弹性体（dielectric elastomer, DE）是一种新兴的电活性智能软材料，在介电弹性体两端施加高电压，其平面方向产生扩展变形，可作为驱动器，实现电能到机械能的转换；反之，当施加一定外力时，介电弹性体两端会产生电信号变化，可作为传感器，实现机械能到电信号的转换。由于介电弹性体良好的力电耦合性能，在人工肌肉、柔性驱动、运动监测和能量收集等领域具有广泛的应用前景。
图1 PPN弹性体的结构分析和制备流程。（a）用于驱动和传感的PPN弹性体示意图。（b）VHB 4910、BAC2、嵌段共聚物、填料复合弹性体和本工作中PPN弹性体的k值与9 kV/mm下驱动面积应变图
目前，介电弹性体存在介电常数低、模量高、黏弹性高等缺点，导致驱动电场大、机械损耗大、灵敏度低。为了实现介电弹性体驱动器和传感器的高驱动应变、灵敏机电响应，本研究将大分子增塑剂液体丁腈橡胶（liquid acrylonitrile-butadiene rubber, LNBR）填充到聚丙烯酸酯弹性体中，用以制备均相、高介电常数、低弹性模量的DE，这种制备方法成本低，简单、快捷，浆料可进行光固化成型。最终得到了具有高介电常数（10.13@10 kHz）、低介电损耗（0.08@10 kHz）、低黏弹性（tanδ=0.29）、耐低温（-63℃）和高k值（106.17 MPa-1）的PPN介电弹性体。
利用流延机对PPN0.16的实际生产进行模拟，短时间内可得到卷对卷PPN弹性体。我们的方法生产时间短（可在10 s内成型），形成的弹性体尺寸一致性好，操作简单方便，具有进行规模化生产的应用潜力。
我们首先研究了PPN弹性体的介电性能，相较VHB和PBA，PPN的介电常数分别提高2.3和1.2倍。同时，PPN弹性体在-60℃~200℃的宽温度范围内物化性质不发生改变，可应用于宽温度范围。多数研究中，介电弹性体的变形行为被视为理想弹性行为，但由于弹性体的黏弹性，在力电响应过程中会发生能量的耗散，造成响应延迟和信号漂移。PPN弹性体具有低黏弹性，10 Hz下相较于VHB（tanδ=0.81），PN0.4（tanδ=0.16）和PPN0.16（tanδ=0.29）分别降低了80%和64%。应力衰减范围比VHB（σattenuation=40.47%）降低了60.5%~70.1%。
作为驱动器时，在低驱动电场下，PPN驱动器比现有的DE驱动器（如VHB）具有更高的致动性能，在9 V/μm驱动下可产生11.4%的大面积应变。PPN传感器可对力信号进行快速响应，实现人体运动信号监测，在125个传感周期内显示出长期的稳定性。在传感方面，PPN传感器可对力信号进行快速响应，实现人体运动信号监测，在125个传感周期内显示出长期的稳定性。PPN0.16弹性体具有最高的灵敏度，可达0.018 /mm。
总而言之，PPN弹性体具有优良的力电耦合性能，未来将在电子感觉皮肤、运动控制传感等传感领域中有广阔的应用前景。
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