AFM：3D打印交叉型介

智能软致动器通常依靠相变材料、流体驱动或静电吸引等方式来实现特定的运动从而具有模仿生物系统的能力并兼具较高的效率。其中的介电弹性体致动器（DEAs）通过在两个电极之间的绝缘弹性体上施加电压所产生的静电力作为驱动力。由于相反电荷的吸引力减小了电场方向上的弹性体厚度，从而导致正交方向上的膨胀伸展。这种外部电场可以通过撤去施加在电极上的电压而快速施加和移除，因此DEAs表现出快速的驱动速率和较大的能量密度，使其在软机器人、智能医疗器械等领域展现了巨大的应用场景。

目前大多数DEAs是通过例如旋涂、顺序机械组装等平面方法制造，因此驱动时变形在平面内扩展，通过进一步加工这些平面结构可以转变制造微弯曲致动器、滚动致动器等等。但是，这些装置经常表现出受损循环和击穿现象并且可实现形状受限。相比之下，基于挤出式的墨水直写（DIW）3D打印方法能够以几乎任意的几何形状快速设计和制造软材料而被用来打印DEAs。

图1  打印并封装交叉型DEAs致动器策略

图2  以纳米炭黑作为填料的聚乙二醇聚醚砜低聚物电极材料性质及循环拉伸下的模量、电导率

对于介电材料的设计，研究人员采用聚氨酯二丙烯酸酯(PUA)低聚物作为基体，其中含有低分子量双官能交联剂丁二醇二丙烯酸酯(BDDA)和增塑剂邻苯二甲酸二辛酯(DOP图3a)，并将打印完成的电极材料封装于介电基质中。DOP不仅降低了电介质基质的未固化粘度使其利于其填充在印刷电极之间，而且降低了固化电介质基质的机械损耗角正切(tan δ)(图3b)间接影响致动器的频率响应。另外，DOP还可以在电击穿后修复电介质基质而具有容错性。击穿事件发生后，DOP会从周围区域扩散，使器件恢复正常工作状态(图3c)。

图3  介电弹性体基质的改性设计

图4 DIW直写打印3D垂直交叉电极的DEAs及其驱动性能

图5  多喷嘴打印互穿电极DEAs及旋转致动器打印

表一DEAs可扩展制造方法的比较