Электреты в мягких материалах: нелинейность, размерные эффекты и гигантская электромеханическая связь

Разработка мягких электромеханических материалов имеет большое значение для перспективных применений, включая мягкую робототехнику и растяжимую электронику. Мягкие непьезоэлектрические материалы можно заставить вести себя подобно пьезоэлектрикам, достаточно внедрив в них заряды и диполи и обеспечив некоторую упругую неоднородность. Экспериментально показано, что такие электретные материалы обладают очень сильной электромеханической связью. В этой работе мы выводим строгие нелинейные соотношения, связывающие эффективную электромеханическую связь с формированием электретных материалов. В отличие от существующих моделей, наши соотношения позволяют качественно и количественно описать известные экспериментальные данные о нелинейном отклике электретных материалов. Кроме того, мы показываем, что наличие другого вида электромеханической связи — флексоэлектричества — приводит к размерным эффектам, которые существенно меняют электромеханический отклик при размерах структурных элементов менее микрона. Один из основных выводов состоит в том, что нелинейная деформация, характерная для мягких материалов, значительно усиливает флексоэлектрический отклик и, следовательно, указанные размерные эффекты.