IPMC人工肌肉作动器的制备及其机电特性研究

作     者：占晓煌 

作者单位：南昌航空大学 

学位级别：硕士

导师姓名：贺红林

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：IPMC材料 Nafion-117膜 化学沉积 溶液浇铸 输出力 

摘      要：离子聚合物金属复合材料（IPMC）是一种新型智能材料，在较低电场的作用下能发生较大的形变。由其构成的致动器具有致动方式简单、致动电压低、重量轻等优点，IPMC材料在仿生机器人、应力传感器、人工肌肉和生物医学等方面有广泛的应用前景。为了满足科学研究和工程领域对IPMC应用的需求，本文对IPMC的制备技术、机电特性及其它相关问题进行了研究，主要取得了以下成果： （1）总结分析了国内外人工肌肉特别是IPMC作动器的技术现状及其发展，说明了其工程应用，阐明了本研究的意义。 （2）研究分析了IPMC材料的致动机理，探索研究了IPMC的制备工艺。通过大量试验，探索总结出一套IPMC致动器表面电极化学镀的标准化工艺;以Nafion-117膜为基底材料，成功制备出IPMC人工肌肉致动器试样;利用环境扫描电子显微镜对IPMC的断面形貌和电极厚度进行了表征。 （3）基于非接触式视觉测量原理构建出IPMC材料的功能特性试验平台。通过在该平台上进行大量的IPMC机电特性实验，探索总结出IPMC响应特性、应变特性、力学特性、机电耦合特性等方面的一些重要的规律。 （4）为了提高IPMC材料的机械输出动力，研究出了利用溶液浇铸技术制作大厚度IPMC膜的工艺，并采用此法所浇铸的厚膜成功制备出IPMC致动器试样。试验表明，加大IPMC材料的厚度，有利于提高IPMC致动器的输出动力。 （5）为了延长IPMC的工作寿命，研究了IPMC保湿技术。研究表明，在IPMC表面涂敷一层油脂保护层，可以有效地减少IPMC的失水率，从而提高IPMC的工作时间。同时，针对试验中产生的Nafion废膜和IPMC的边角料，还总结出一种对其进行回收处理的工艺。