離子聚合物金屬復合材料驅動性能優(yōu)化研究.pdf

1、離子聚合物金屬復合材料（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能在幾伏外電場的作用下產生大幅的彎曲響應，電能可直接轉化為機械能。IPMC材料柔性好，驅動電壓低，產生變形大，響應迅速快，可在水環(huán)境下工作，具有良好的生物相容性，因此又被稱為“人工肌肉”，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ闹悄茯寗硬牧?。雖然IPMC應用前景廣

2、闊，但輸出力小、離水工作時間短以及制備工藝未標準化的缺點，在一定程度上限制了IPMC的進一步發(fā)展。
　　因此本文針對IPMC的缺點，從優(yōu)化基底膜，改變IPMC工作介質以及提高基底膜表面粗化質量三個方面來提高IPMC的驅動性能。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，并在此基礎上采用化學鍍鉑的方式制備了 NCNCs-IPMC。NCNCs的摻雜使得基底膜

3、的彈性模量及含水量增加。觀測了IPMC的微觀形貌，并測試了IPMC的輸出位移和輸出力性能。測試結果表明，0.1%含量的NCNCs在基底膜內部的分散性最好，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。
　?。?）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。對不同類型的IPMC進行了驅動性能測試。測試結果表明：Nafion基底膜中多孔結構的存在使得以離

4、子液體為介質的IPMC的響應速度及輸出位移得到明顯提升。另外，離子液作為工作介質時，延長了IPMC在空氣中的工作時間，改善了直流電壓下的位移回復現象。
　?。?）基于UMT-2摩擦磨損試驗機的線性往復運動平臺設計了一套IPMC基底膜表面粗化裝置。實驗分析了手工粗化和3種載荷的機械粗化處理方法對IPMC人工肌肉力和位移輸出性能的影響。結果表明，機械粗化能夠排除手工粗化過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