IPMC電致動(dòng)器的制備技術(shù)及其性能研究.pdf

1、離子聚合物金屬?gòu)?fù)合材料(IPMC，Ionic Polymer-metal Composites）電致動(dòng)器具有低電壓驅(qū)動(dòng)、致動(dòng)方式簡(jiǎn)單和質(zhì)量輕且柔等特點(diǎn)，在仿生工程、人工肌肉和生醫(yī)工程等方面有廣闊的應(yīng)用前景。為了滿(mǎn)足科學(xué)研究和工程領(lǐng)域?qū)PMC材料應(yīng)用的廣泛需求，本文著力對(duì)IPMC材料的制備、改性及其機(jī)電耦合功能特性等進(jìn)行了一定的研究，主要完成了以下工作：
　　1.系統(tǒng)地總結(jié)和分析了國(guó)內(nèi)外 IPMC技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，闡述了

2、IPMC電致動(dòng)器的工作特點(diǎn)及其工程應(yīng)用，闡釋了IPMC材料的物理化學(xué)本構(gòu)及其電致動(dòng)機(jī)理。
　　2.探索研究了基于Nafion-117膜制備IPMC離子型電致動(dòng)器的標(biāo)準(zhǔn)工藝，并利用化學(xué)沉積技術(shù)在Nafion-117膜表面還原出鉑電極從而制備出IPMC電致動(dòng)器的樣件。試驗(yàn)表明利用該工藝制備出的電致動(dòng)器的基體與金屬電極之間能形成致密的微嵌合結(jié)構(gòu)，這種致動(dòng)器能產(chǎn)生較強(qiáng)的電致動(dòng)彎曲變形效應(yīng)。
　　3.針對(duì)目前 IPMC電致動(dòng)器輸出動(dòng)力

3、普遍較小的問(wèn)題，為了提高這類(lèi)電致動(dòng)器的輸出動(dòng)力，研究了基于凝膠法的IPMC電致動(dòng)器溶膜澆鑄技術(shù)，并據(jù)此制備出厚達(dá)0.8mm的IPMC基膜。試驗(yàn)表明該法制備的大厚度IPMC電致動(dòng)器試樣的輸出力可達(dá)27mN，該動(dòng)力為基于Nafion-117膜制備電致動(dòng)器動(dòng)力的2~3倍。
　　4.試驗(yàn)了一種 IPMC基膜表面定向粗化的新方法，研究表明利用該方法制備的IPMC電致動(dòng)器在輸出動(dòng)力方面比采用傳統(tǒng)非定向粗化方法制成的IPMC電致動(dòng)器動(dòng)力可提升了

4、7％，并且該方法易于實(shí)現(xiàn)。
　　5.構(gòu)建出基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)測(cè)量技術(shù)的IPMC機(jī)電測(cè)試與控制平臺(tái)，通過(guò)在該平臺(tái)上進(jìn)行大量的IPMC功能特性試驗(yàn)，探索揭示出IPMC電致應(yīng)變特性、機(jī)電響應(yīng)特性、電學(xué)特性等一些重要規(guī)律。研究比較了IPMC電致動(dòng)器在方波、正弦波、三角波等不同電功率信號(hào)激勵(lì)下的致動(dòng)行為。研究表明在同等激勵(lì)強(qiáng)度下采用方波激勵(lì)時(shí)的電致動(dòng)效果最為明顯。
　　6.傳統(tǒng)IPMC材料以水作為離子傳導(dǎo)液，由于水在空氣中易揮發(fā)和在電場(chǎng)作