發(fā)布時間：2018-06-25 13:54

  本文選題：IPMC + 電致動聚合物��； 參考：《南京航空航天大學》2015年博士論文

【摘要】：動物的分布式(肌肉)驅(qū)動是它們具高靈活性、高冗余度和高負載/質(zhì)量比的主要原因,研究具有類肌肉性能的驅(qū)動器件對高性能機器人和MEMS系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。壁虎腳趾外翻內(nèi)收的精巧運動控制與壁虎腳底微納米剛毛所產(chǎn)生的尺寸效應的結合最終成就了壁虎飛檐走壁的絕活,因此,模仿壁虎腳趾的運動,獲得一種具有良好適應性的可控黏附機構十分必要。離子聚合物金屬復合物IPMC(Ionic Polymer Metal Composite)是一種離子型的電致動材料(EAP,Electro-active Polymer)材料,它是在離子交換聚合物薄膜的基材表面沉積鉑(Pt)、金(Au)等導電貴金屬而獲得的復合材料,和壓電陶瓷、形狀記憶合金等驅(qū)動材料相比,IPMC具有質(zhì)輕、驅(qū)動電壓低、位移大、響應快、無噪音、柔性、驅(qū)動能量密度較高等優(yōu)點,又被稱為“人工肌肉”。IPMC人工肌肉在幾伏電壓驅(qū)動下產(chǎn)生可控往復擺動,可實現(xiàn)類似壁虎腳趾運動,實現(xiàn)仿生腳趾外翻和內(nèi)收,進行簡單、有效和精巧的運動控制。本論文主要工作包括:IPMC人工肌肉的界面與材料設計、力電模型建立、仿壁虎腳趾應用研究、黏附材料研制。論文的主要工作和創(chuàng)新如下:(1)研究了聚合物膜與電極界面微納米織構對IPMC性能的影響,發(fā)現(xiàn)大的交界表面積有利于提升IPMC驅(qū)動性能,這是由于大的交界面積產(chǎn)生大的電雙層電容。采用電火花技術加工了不銹鋼模具,使用研磨和熱壓綜合表面處理的方式在Nafion膜表面形成微納米溝槽形狀的表面織構。較噴砂處理IPMC,綜合表面處理IPMC的輸出力、位移和電流分別增加4.39,2.35和1.87倍,有效空氣作動時間延長5倍。(2)采用表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)將多壁碳納米管(MWCNT)分散于Nafion中,形成了均勻的、穩(wěn)定的碳管懸浮液,該分散方法未采用強酸處理,保護了碳管固有的特性,提高了IPMC的力電性能。在此基礎上采用連續(xù)澆鑄法成功制備了三層Nafion結構,包括TEOS/Nafion中間層,外側分別為MWCNT/Nafion層。在正弦電壓輸入信號(3 V,0.1 Hz)下多層IPMC(20 mm×5 mm×0.3 mm)的輸出力達到6.5 gf,有效空氣作動時間達到300 s。(3)成功制備了一種新型的離子聚合物金屬-碳納米管復合物(IPMCC)驅(qū)動器,將MWCNT,Pd,Pt沉積至Nafion薄膜作為復合電極。MWCNT層與Pd-Pt復合金屬鍍層結合牢固,填充金屬鍍層表面的裂縫,阻止納米鉑顆粒的氧化,保證了電極的穩(wěn)定性。建立了考慮泄漏電流的電學模型,可以預測出電壓激勵下通過IPMCC的非線性電流特征。(4)通過聚合物溶液澆鑄法制備了不同厚度的Nafion膜,化學鍍制備了不同厚度的IPMC,建立致動模型,分析了厚度對IPMC驅(qū)動性能的影響。結果表明隨著厚度增加,IPMC輸出力增加,但位移和電流降低。(5)研制了一種新型的離子型電致動聚合物,由離子型電解質(zhì)層夾層于兩側的石墨烯薄膜電極熱壓而成。掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射分析(XRD)、四探針測試儀觀測研究了石墨烯薄膜。接觸角測試儀器測試了電解質(zhì)層的表面能。在不同輸入電壓下,該離子型驅(qū)動器顯示了0.032~0.1%(305~945μm)的穩(wěn)定彎曲應變。(6)采用IPMC人工肌肉的主動驅(qū)動技術模仿壁虎腳趾的運動,可有效驅(qū)動人工黏附陣列黏附、脫附墻壁。通過兩種交聯(lián)劑、碳納米管和石墨烯制備了一種新的聚二甲基硅氧烷(PDMS)黏附材料,該新型黏附材料具有較好的黏附性能、足夠的彈性模量、重復使用性。
[Abstract]:IPMC ( IPMC ) is an ionic type electro - active polymer material . A new type of ionic polymer metal - carbon nanotube composite ( IPMCC ) was prepared by continuous casting method . ( 6 ) Using the technique of IPMC artificial muscle to imitate the movement of the toes of the wall , the adhesion and desorption of the artificial adhesive array can be effectively driven . A new kind of PDMS adhesive material is prepared by two cross - linking agents , carbon nanotubes and graphene . The new adhesive has good adhesion , elastic modulus and reusability .
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB333

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 張玉勤;;屈曲凝膠制成人工肌肉?[J];國外醫(yī)學情報;1983年18期

2 ;人工肌肉纖維[J];纖維標準與檢驗;1991年12期

3 鈴木誠;穆能伶;;人工肌肉[J];世界科學;1992年04期

4 朱梅;周旭光;;以氣動人工肌肉為動力的小型臺式?jīng)_壓機設計[J];液壓與氣動;2007年01期

5 王干永;李克修;章軍;;單根氣動膨脹人工肌肉驅(qū)動多鉸鏈柔性關節(jié)的靜態(tài)分析[J];輕工機械;2008年02期

6 ;科學家用普通漁線制成強大“人工肌肉”[J];功能材料信息;2014年02期

7 石川;;模仿人類肌肉功能的特殊塑料[J];北京工人;1999年07期

8 賀紅林;占曉煌;汪良;王俊平;;多層結構離子型電致動人工肌肉的制備及性能[J];功能材料;2011年S3期

9 ;紡紗成扭曲之肌[J];科學新聞;2014年03期

10 ;科技集萃[J];時事報告(大學生版);2012年02期

相關會議論文 前10條

1 范偉;余麟;劉昭博;劉昊;彭光正;;氣動人工肌肉驅(qū)動仿人靈巧手的設計[A];第四屆全國流體傳動與控制學術會議論文集[C];2006年

2 彭瀚e，

本文編號：2066207