IPMC人工肌肉材料的電致動模型改進研究.pdf

1、離子聚合物復合材料（Ionicpolymer-metalcomposites,IPMC）是一種新型電致動形變的智能高分子材料，它是通過化學鍍方法將金屬顆粒沉積在聚合物薄膜的表面形成的。IPMC在較低的驅(qū)動電壓下會產(chǎn)生較大的位移形變，相反，IPMC在發(fā)生位移變形時會在膜內(nèi)產(chǎn)生通過金屬電極的電場。因此，IPMC材料既以作為驅(qū)動器，也可以作為傳感器，IPMC在微電子系統(tǒng)、人工智能等方面的應用前景廣闊。本文在前期研究的電致動模型基礎(chǔ)上，考慮IP

2、MC表面電極存在的水分子泄露對IPMC性能的影響對原模型進行改進，通過實驗獲取了IPMC澆鑄膜的電學特性，并以此為基礎(chǔ)對電致動模型中的電學模型進行構(gòu)建。具體內(nèi)容如下：
　　本文首先考慮水分子泄露對于IPMC的影響，對原有的IPMC電致動模型進行了改進。建立了IPMC表面裂紋的小孔模型；根據(jù)伯努利方程求解出小孔的泄露量方程；采用圖像處理方法求解出單位面積的小孔面積，然后結(jié)合膜的總面積求解出IPMC表面小孔的總面積和小孔的總個數(shù)；在離

3、子遷移過程和水分子擴散過程中結(jié)合水分子的泄露量方程求解出水分子濃度分布；根據(jù)水分子濃度分布求解出彎矩和位移。理論結(jié)果表明水分子泄露的考慮減少了原有IPMC電致動模型與實驗數(shù)值的誤差，改進后的模型能夠更好符合實驗結(jié)果，證明改進后的模型是可行的。
　　其次對IPMC澆鑄膜的電學特性進行了探索，在測試平臺上測試了空白膜IPMC的電流電壓關(guān)系圖，輸入信號是正弦電壓，幅值取1V，1.2V，1.5V，2V，3V。首先得出頻率為0.1Hz下電流

4、和電流電壓特性變化規(guī)律，確定出產(chǎn)生非線性的臨界值；同時測試了頻率取0.1Hz，1Hz，10Hz的電流電壓關(guān)系圖，得到幅值為2V，不同頻率的條件下電流和電流電壓特性變化規(guī)律。
　　最后，在IPMC電學特性實驗的基礎(chǔ)上，建立了IPMC的等效電學模型。首先探討了電流產(chǎn)生機理，其次根據(jù)電工學基本理論求解出電阻、電容和電感元件值與假設電流公式中變量的關(guān)系函數(shù)；通過1stopt軟件擬合實驗所獲取的階躍電壓下的電流獲取變量值，通過關(guān)系函數(shù)求解出