基于碳納米管電極的介電彈性體堆疊型驅動器研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、介電彈性體驅動器作為一種人工肌肉驅動器,以其能量密度大、變形量大和效率高等優(yōu)點,在航空、機器人、醫(yī)療等領域有廣泛的應用前景。介電彈性體薄膜通電時,在平面和厚度方向都有變形,利用不同方向的變形,可以制作不同類型的驅動器。由于僅需對拉伸的丙烯酸薄膜進行簡單的處理,便可以獲得平面位移驅動器,所以目前以這類驅動器研究為主。相比而言,厚度位移驅動器在輸出力、壽命等方面性能更優(yōu)。故本文對厚度位移驅動器進行了研究,其由尺寸相同并噴涂有柔性電極的丙烯酸

2、薄膜堆疊而成,故也被稱為堆疊型驅動器。
  本文首先對互貫聚合物網絡(interpenetrating polymer network,IPN)實驗進行了研究。堆疊型驅動器的結構,決定了它只能使用不需要支撐機構的沒有內應力的薄膜。為滿足這一要求,本文中對拉伸率400%的丙烯酸薄膜VHB4910(3M)進行了IPN處理。在IPN實驗過程中,對實驗的藥劑、流程、性能指標和成功標志進行了研究,對出現(xiàn)的問題進行了分析和解決,并針對彈性模量

3、和拉伸率等因素,對實驗進行了優(yōu)化。處理后薄膜性能測試測試結果為:收縮率20%,彈性模量2.3MPa,電致變形率120%。
  然后,采用單壁碳納米管(single-walled carbon nanotube,SWNT)作為電極,一方面利用SWNT良好的導電性和容錯性,另一方面覆蓋有極薄的電極的薄膜,依然具有一定粘性,更好地滿足堆疊的形式。為獲得分散效果更好的SWNT溶液,以方便噴涂,本文引入超聲探頭作為分散方式。為了確定超聲探頭

4、不會破壞SWNT的結構,通過掃描電鏡和拉曼光譜對SWNT進行了觀察和分析。然后,與傳統(tǒng)超聲清洗儀對比了分散效果,并通過電阻法和透光率法,對比引入超聲探頭后,手動噴涂和自動噴涂的均勻性差異。最后,通過原子力顯微鏡測得均勻電極的厚度在70nm左右。
  最后,通過理論研究,分析了各設計參數對驅動器性能的影響,給出堆疊型驅動器設計參數選擇的依據,并從制作誤差和驅動器響應速度兩個方面對絕緣區(qū)寬度和電極厚度進行了優(yōu)化。通過設計輔助裝置,給出

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