離子聚合物金屬?gòu)?fù)合材料驅(qū)動(dòng)性能優(yōu)化研究.pdf

1、離子聚合物金屬?gòu)?fù)合材料（Ionic Polymer Metal Composites，IPMC）是一種新型的離子型電活性聚合物（Electro Active Polymer，EAP）材料。IPMC能在幾伏外電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生大幅的彎曲響應(yīng)，電能可直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。IPMC材料柔性好，驅(qū)動(dòng)電壓低，產(chǎn)生變形大，響應(yīng)迅速快，可在水環(huán)境下工作，具有良好的生物相容性，因此又被稱(chēng)為“人工肌肉”，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ闹悄茯?qū)動(dòng)材料。雖然IPMC應(yīng)用前景廣

2、闊，但輸出力小、離水工作時(shí)間短以及制備工藝未標(biāo)準(zhǔn)化的缺點(diǎn)，在一定程度上限制了IPMC的進(jìn)一步發(fā)展。
　　因此本文針對(duì)IPMC的缺點(diǎn)，從優(yōu)化基底膜，改變IPMC工作介質(zhì)以及提高基底膜表面粗化質(zhì)量三個(gè)方面來(lái)提高IPMC的驅(qū)動(dòng)性能。具體工作如下：
　?。?）澆鑄了氮摻雜碳納米籠（NCNCs）含量分別為0％、0.1%、0.2%的Nafion基底膜，并在此基礎(chǔ)上采用化學(xué)鍍鉑的方式制備了 NCNCs-IPMC。NCNCs的摻雜使得基底膜

3、的彈性模量及含水量增加。觀測(cè)了IPMC的微觀形貌，并測(cè)試了IPMC的輸出位移和輸出力性能。測(cè)試結(jié)果表明，0.1%含量的NCNCs在基底膜內(nèi)部的分散性最好，0.1% NCNCs-IPMC的輸出性能最佳，輸出位移和輸出力均得到明顯提高。
　　（2）制備了多孔基底膜的IPMC，并將離子液體（[EMIm]SCN）替代水作為 IPMC的工作介質(zhì)。對(duì)不同類(lèi)型的IPMC進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：Nafion基底膜中多孔結(jié)構(gòu)的存在使得以離

4、子液體為介質(zhì)的IPMC的響應(yīng)速度及輸出位移得到明顯提升。另外，離子液作為工作介質(zhì)時(shí)，延長(zhǎng)了IPMC在空氣中的工作時(shí)間，改善了直流電壓下的位移回復(fù)現(xiàn)象。
　?。?）基于UMT-2摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的線性往復(fù)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)了一套IPMC基底膜表面粗化裝置。實(shí)驗(yàn)分析了手工粗化和3種載荷的機(jī)械粗化處理方法對(duì)IPMC人工肌肉力和位移輸出性能的影響。結(jié)果表明，機(jī)械粗化能夠排除手工粗化過(guò)程中人為因素的影響，保證粗化加載的力度及方向性可控，使磨痕深淺均