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纳米钛酸钡改性IPMC的基本力学行为研究

发布时间:2018-03-23 23:06

  本文选题:离子聚合物金属复合材料 切入点:钛酸钡 出处:《南京航空航天大学》2017年硕士论文


【摘要】:离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composite,IPMC)是一种新型的智能材料,其具有变形大、密度小、应变能力强等特点,在仿生、医疗、航空航天方面有广泛的应用前景。将BaTiO_3颗粒作为改性材料加入IPMC基体中,可提高其驱动性能和物理强度。本文针对BaTiO_3改性IPMC进行了研究,对BaTiO_3/IPMC制备工艺、基本力学性能、驱动位移和力输出、弹性模量和力学模型进行了研究。在IPMC制备工艺方面:采用溶液-浇铸法制备出了不同掺杂量的BaTiO_3/IPMC,对有掺杂的离子交换膜的制备方法进行了进一步的改善,制备出了性能稳定一致性较高的IPMC。通过电子扫描显微镜对制得的IPMC进行了试样的表征,获得了IPMC的微观形貌表征、电极结构特点等。在IPMC基本力学性能发面:对离子交换膜和IPMC的含水率进行了研究,得到了BaTiO_3/IPMC含水率随时间的变化规律;对IPMC进行了拉伸试验测量,添加不同质量分数的BaTiO_3后的IPMC拉伸弹性模量都得到了不同程度的增强;针对离子交换膜弹性模量,为比较不同测试方法的优劣性及对测量数值的影响,采用五种测试方法进行试验分析,其中纳米压痕方法准确度和可靠性都相对较高。在IPMC驱动性能及力学模型方面:分别对BaTiO_3/IPMC在3V直流电压、3V不同波形交流电压下的驱动位移和力输出情况进行了测试。提出了IPMC表面电极梯度模型,将电极分为内电极和外电极,对IPMC弹性模量进行预估。将计算结果与实验结果对比发现准确度得到了提高,证明了IPMC电极梯度模型的合理性,模型可以较好地预测IPMC力学性能。
[Abstract]:Ionic Polymer Metal Composite material (IPMC) is a new type of smart material, which has the characteristics of large deformation, low density, strong strain ability, etc., in biomimetic, medical treatment, etc. BaTiO_3 particles can be added to the IPMC matrix to improve its driving performance and physical strength. In this paper, the preparation process and basic mechanical properties of BaTiO_3 modified IPMC are studied. The driving displacement and force output, elastic modulus and mechanical model were studied. In the aspect of preparation process of IPMC, different doped BaTiOS / IP MCs were prepared by solution-casting method, and the preparation method of doped ion exchange membrane was further improved. IPMC with high stability and consistency was prepared. The IPMC samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM), and the microstructure of IPMC was obtained. The basic mechanical properties of IPMC are as follows: the water content of ion exchange membrane and IPMC is studied, the variation of BaTiO_3/IPMC moisture content with time is obtained, and the tensile test of IPMC is carried out. The tensile elastic modulus of IPMC was enhanced by adding different mass fraction of BaTiO_3 to different extent, in order to compare the quality of different measurement methods and the effect on the measurement value, the elastic modulus of ion exchange membrane was compared with each other. Five kinds of test methods were used to carry out the test and analysis. The accuracy and reliability of nano-indentation method are relatively high. In the aspect of driving performance and mechanical model of IPMC: the driving displacement and force output of BaTiO_3/IPMC under 3V DC voltage and 3V wave AC voltage are measured respectively. The gradient model of IPMC surface electrode is proposed. The electrode is divided into internal electrode and external electrode, and the elastic modulus of IPMC is estimated. The accuracy of the calculation results is improved by comparing the results with the experimental results. It is proved that the gradient model of IPMC electrode is reasonable, and the model can better predict the mechanical properties of IPMC.
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB381

【参考文献】

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本文编号:1655597

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