IPMC电致动器的制备技术及其性能研究

    离子聚合物金属复合材料(IPMC，Ionic Polymer-metal Composites）电致动器具有低电压驱动、致动方式简单和质量轻且柔等特点，在仿生工程、人工肌肉和生医工程等方面有广阔的应用前景。为了满足科学研究和工程领域对IPMC材料应用的广泛需求，本文着力对IPMC材料的制备、改性及其机电耦合功能特性等进行了一定的研究，主要完成了以下工作： 1.系统地总结和分析了国内外IPMC技术的研究现状及其发展趋势，阐述了IPMC电致动器的工作特点及其工程应用，阐释了IPMC材料的物理化学本构及其电致动机理。 2.探索研究了基于Nafion-117膜制备IPMC离子型电致动器的标准工艺，并利用化学沉积技术在Nafion-117膜表面还原出铂电极从而制备出IPMC电致动器的样件。试验表明利用该工艺制备出的电致动器的基体与金属电极之间能形成致密的微嵌合结构，这种致动器能产生较强的电致动弯曲变形效应。 3.针对目前IPMC电致动器输出动力普遍较小的问题，为了提高这类电致动器的输出动力，研究了基于凝胶法的IPMC电致动器溶膜浇铸技术，并据此制备出厚达0.8mm的IPMC基膜。试验表明该法制备的大厚度IPMC电致动器试样的输出力可达27mN，该动力为基于Nafion-117膜制备电致动器动力的2~3倍。 4.试验了一种IPMC基膜表面定向粗化的新方法，研究表明利用该方法制备的IPMC电致动器在输出动力方面比采用传统非定向粗化方法制成的IPMC电致动器动力可提升了7%，并且该方法易于实现。 5.构建出基于计算机视觉测量技术的IPMC机电测试与控制平台，通过在该平台上进行大量的IPMC功能特性试验，探索揭示出IPMC电致应变特性、机电响应特性、电学特性等一些重要规律。研究比较了IPMC电致动器在方波、正弦波、三角波等不同电功率信号激励下的致动行为。研究表明在同等激励强度下采用方波激励时的电致动效果最为明显。 6.传统IPMC材料以水作为离子传导液，由于水在空气中易挥发和在电场作用下易电解等缺点以致于IPMC材料在空气中工作时间短，故本文利用稳定性较好的乙二醇溶液作为离子传导液，，可延长在IPMC材料在干燥空气中的工作时间，测试结果显示工作时间可延长至270s。

【关键词】：
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273
【部分图文】：
 

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