A simulation study of the electrostriction effects in dielectric elastomer composites containing polarizable inclusions with different spatial distributions

文献情報

出版日 2015-11-13
DOI 10.1039/C5CP05522A
インパクトファクター 3.676
著者

Hartmut Löwen, Lei Zhu


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要旨

Controlled actuation of electroactive polymers with embedded high dielectric nanoparticles is theoretically analyzed. If the inclusions are placed randomly in the elastomer body, the composite always contracts along the direction of the applied field. For a simple cubic distribution of inclusions, contraction occurs if the applied field is directed along the [001] direction of the lattice. For inclusions occupying the sites of other lattice structures such as body-centered or face-centered cubic crystals, the composite elongates along the field direction if it is applied along the [001] direction. The stability of the elongation against the imperfectness of the lattice site positions and the distortion ratio of the initial structures are examined. Finite elongation windows show up for the initially distorted body-centered cubic and face-centered cubic crystals as a function of the distortion ratio of the initial structure. The existence of these elongation windows are also predicted from the analysis of the electrostatic energy of the distorted body-centered cubic and face-centered cubic lattice structures. Our results indicate that the electrostriction effect, which is the main contribution to the actuation of low aspect-ratio composites, strongly depends on the geometry of the spatial distribution of nanoparticles, and can thereby largely be tuned.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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