離子聚合物金屬復(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)和分析了國內(nèi)外IPMC技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，闡述了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)力普遍較小的問題，為了提高這類電致動(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)視覺測量技術(shù)的IPMC機(jī)電測試與控制平臺(tái)，通過在該平臺(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)和在電場作用下易電解等缺點(diǎn)以致于IPMC材料在空氣中工作時(shí)間短，故本文利用穩(wěn)定性較好的乙二醇溶液作為離子傳導(dǎo)液，，可延長在IPMC材料在干燥空氣中的工作時(shí)間，測試結(jié)果顯示工作時(shí)間可延長至270s。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP273
【部分圖文】：
 

圖 1-1 智能材料分類力使其變形，使其存在一定量的殘余應(yīng)變。把形狀記憶合金從低溫的變熱到可以使原先存在的殘余變形消失的溫度，并逐漸恢復(fù)到高溫下所固，隨后再對(duì)材料進(jìn)行加熱或冷卻，形狀不會(huì)發(fā)生變化。上述過程可以循就像合金材料記住了高溫條件下所賦予的形狀記憶一樣，故形狀記憶合到廣泛的....

的水合陽離子就會(huì)向陰極遷移，陰極積累了一定數(shù)量的離子失去大量水合陽離子之后就會(huì)收縮，宏觀表現(xiàn)為向陽極的彎C 施加外力使其彎曲變形也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)電信號(hào)，根據(jù)這一特圖 1-2 為 IPMC 材料結(jié)構(gòu)示意圖。
 

圖 1-3 Nafion 膜內(nèi)部化學(xué)結(jié)構(gòu) n≈6.5，100<m<1000，M十是陽離子(H十，Li十或 Na十)。Asahi Glass 公司產(chǎn)的 Flemion 膜，其內(nèi)部化學(xué)結(jié)構(gòu)如圖 1圖 1-4 Flemion 膜內(nèi)部化學(xué)結(jié)構(gòu)，m=0 或 1。Asahi Chemieal....