生物凝膠電驅(qū)動器的輸出力特性研究.pdf

1、生物凝膠電驅(qū)動器（簡稱電驅(qū)動器）作為一種人工肌肉的智能材料，具有驅(qū)動電壓低（<5V）、應(yīng)變大、生物兼容性好、柔韌性好、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景廣泛，具有較高的學(xué)術(shù)價值。但電驅(qū)動器的輸出力小限制了其應(yīng)用，且摻雜改進(jìn)機(jī)理研究尚少。本文為了提高電驅(qū)動器的輸出力性能，應(yīng)用摻雜和交聯(lián)兩種工藝改進(jìn)方法，并通過實(shí)驗(yàn)測試和表征研究其對電驅(qū)動器輸出力性能影響的規(guī)律。
　　首先，通過分析電驅(qū)動器的制備工藝，結(jié)合電驅(qū)動器的致動機(jī)理，給出了摻雜和交聯(lián)兩種

2、改進(jìn)工藝，采用MnO2和多壁碳納米管（Multi-walled Carbon Nanotube，簡稱MCNT）分別摻雜電極膜和電致動膜，提出并采用生物交聯(lián)劑京尼平交聯(lián)電致動膜，分別制備出三種工藝改進(jìn)后的電驅(qū)動器。分析了電驅(qū)動器輸出力性能評價指標(biāo)，并確定了5V直流電壓、30mm處的輸出位置為電驅(qū)動器的輸出力測量條件。
　　其次，通過輸出力性能測試平臺測試電驅(qū)動器輸出力性能，研究其隨不同改進(jìn)工藝參數(shù)的變化規(guī)律，得到摻雜MnO2比例為3

3、3wt％、摻雜MCNT比例為2wt%、京尼平交聯(lián)比例為1/1000時，電驅(qū)動器的輸出力密度和應(yīng)變均較優(yōu)，且均有不同程度的提高。
　　再次，采用循環(huán)伏安、拉伸實(shí)驗(yàn)及掃描電鏡（簡稱 SEM）方法對工藝改進(jìn)后的電極膜和電致動膜進(jìn)行測試，得到在電極膜中摻雜MnO2比例為33wt%時，其比電容提高了1.6倍， MnO2摻雜比例過高并不能有效的提高實(shí)際吸附在MCNT上的MnO2量，并驗(yàn)證了超聲震蕩工藝的可行性。在電致動膜中摻雜 MCNT能線性

4、增加其比電容并會降低其彈性模量，且低比例的摻雜，其在電致動膜中分散較為均勻。京尼平的交聯(lián)不改變電致動膜的比電容，能提高其彈性模量，并能明顯改變電致動膜的微觀形貌。
　　最后，綜合分析不同改進(jìn)工藝提高電驅(qū)動器輸出力性能的機(jī)理，分析得到：摻雜MnO2提高了電極膜的比電容，使其容納電子的能力增強(qiáng)，提高了富集在界面層的電子數(shù)量；由于摻雜在電致動膜中的MCNT的比表面積大，利于離子的附著和遷出，低比例的摻雜使殼聚糖與 MCNT結(jié)合的較好，離