【学术成果】赵德敏副教授团队在高效能量收集的介电弹性体发电机振动分析优化设计方面取得新进展

    近日，我们赵德敏副教授团队在智能材料波能发电理论和实验研究方面取得新进展，相关研究成果《高效能量收集的介电弹性体发电机振动分析与优化设计》（Dynamic analysis and design optimization of hemispherical dielectric elastomer generator for efficient energy harvesting）发表在《European Journal of Mechanics/A Solids》（固体力学领域的国际顶级期刊，SCI二区）。论文第一作者为硕士研究生肖奥宇，通讯作者为赵德敏副教授，太阳集团网址8722为第一署名单位和唯一通讯单位。该研究得到国家自然科学基金面上项目及山东省自然科学基金项目、中央高校基本科研业务费项目的联合资助。

在碳中和目标不断推进与清洁能源开发大背景下，如何回收环境中的低频振动能源（机械振动、人体运动或者波浪能）已经成为国内外研究的热点。传统的电磁发电机在低频振动环境下效率低下，而介电弹性体发电机DEG因其能量密度高，柔韧性好等优点在低频能量回收领域有光明的前景。然而由于介电弹性体材料DE材料的粘弹性很大、参数优化问题复杂等因素，制约了DEG广泛应用。

本文从理论建模和智能优化等方面提出了基于预拉伸和面外变形模式的半球型DEG结构。结合本团队提出的DE材料分数阶本构模型和电致伸缩效应，建立了更为精确的动态响应模型，并通过实验验证了可靠性。

实验装置图

本项研究的意义在于：(1) 模型创新: 首次将分数阶粘弹性和变形相关的电致伸缩耦合建模，更真实的反映材料的动态行为；(2) 方法革新：通过DNN-GA智能优化框架，解决了复杂参数环境下的DEG设计的试错成本问题；(3) 应用价值：为可穿戴电子设备和海洋浮标等低频能源的场景提供可定制化解决方案，推动环境能源回收技术走向实用化。未来，该设计还可拓展至其他柔性电子领域，实现无处不在的能量采集。

外激励频率与响应频率的关系

各个参数对能量采集效率的影响

论文链接：DOI：10.1016/j.euromechsol.2025.105787