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高分子通报 2023年第1期36卷 21-40页

作者：刘意刘志伟梁永日亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室燕山大学材料科学与工程学院秦皇岛066000

近年来软驱动材料在可穿戴设备、医疗健康器件、软体机器人等领域中的重要应用引起了学术界和工业界的关注。在软驱动材料中,电活性聚合物材料(EAP)是一种在电场刺激下能够改变形状或尺寸的软驱动材料,可分为电子型和离子型EAP。与电子... 详细信息

近年来软驱动材料在可穿戴设备、医疗健康器件、软体机器人等领域中的重要应用引起了学术界和工业界的关注。在软驱动材料中,电活性聚合物材料(EAP)是一种在电场刺激下能够改变形状或尺寸的软驱动材料,可分为电子型和离子型EAP。与电子型EAP相比,离子型电活性聚合物(IEAP)驱动器因具有较低驱动电压,在医疗器械和可穿戴设备上具有显著的应用优势。近年来,随着电极材料和离子液体基聚合物凝胶电解质材料的发展,大大改善了传统IEAP驱动器的响应速度慢、大气中的耐久性差、电致变形和应力小等缺点。本综述中,我们较全面地总结了IEAP材料的类型以及其研究进展,包括基于离子聚合物-金属复合材料(IPMC)、导电聚合物材料(CP)、巴基凝胶(Bucky-gel)材料和离子凝胶(IG)材料等。此外,还总结了不同类型IEAP驱动器的机电耦合机制、性能和应用进展并讨论了IEAP驱动器未来发展趋势和面对的挑战。

关键词：软驱动材料电活性聚合物材料离子型电活性聚合物软体机器人机电性能

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基于离子液体聚合物凝胶的新型柔性驱动器

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中国科技信息 2014年第6期 77-79页

作者：何斌唐海峰同济大学控制科学与工程系

设计了适用于仿生机器人系统的离子型电活性聚合物柔性驱动器结构,采用溶胶-凝胶法制备新型离子液体聚合物凝胶,涂布法制备活性炭电极,并组装成柔性驱动器。利用扫描电镜表征驱动器的微观结构,结合循环伏安法分析电化学性能,根据应力-... 详细信息

设计了适用于仿生机器人系统的离子型电活性聚合物柔性驱动器结构,采用溶胶-凝胶法制备新型离子液体聚合物凝胶,涂布法制备活性炭电极,并组装成柔性驱动器。利用扫描电镜表征驱动器的微观结构,结合循环伏安法分析电化学性能,根据应力-应变曲线求出杨氏模量。在分析驱动器致动机理的基础上,对其驱动性能进行测试,结果表明研制的新型柔性驱动器在仿生机器人领域有很好的应用潜力。

关键词：离子型电活性聚合物离子液体聚合物凝胶柔性驱动器

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基于纤维素纳米纤维的新型软驱动器的制备及其特性研究

基于纤维素纳米纤维的新型软驱动器的制备及其特性研究

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作者：黄大亮浙江理工大学

学位级别：硕士

传统机器人由刚性构件组成,其缺点是重量大、适应性差、噪音高。相比之下,软体机器人模仿生物的运动方式,利用智能材料的变形、弯曲和膨胀收缩来控制机器人运动,具有质量轻、柔韧性高、适应性强的特点。在软体机器人技术中,驱动器的研... 详细信息

传统机器人由刚性构件组成,其缺点是重量大、适应性差、噪音高。相比之下,软体机器人模仿生物的运动方式,利用智能材料的变形、弯曲和膨胀收缩来控制机器人运动,具有质量轻、柔韧性高、适应性强的特点。在软体机器人技术中,驱动器的研究是至关重要的。目前,离子型电活性聚合物作为一种柔性驱动器,由于其驱动电压小、效率高、应变大等优点,受到了广泛关注。离子型电活性聚合物是一种能够在外加电场作用下产生形变或者在外加力作用下产生电信号的材料,具有传感器和驱动器的双重功能,在仿生学、微纳米技术和软体机器人等领域的应用前景十分广阔。本文基于功能化的纤维素纳米纤维和离子液体制备了一种新型的离子型电活性聚合物,并探究了其驱动与感知特性及应用。具体内容如下:首先,使用高导电性的聚合物PEDOT:PSS作为驱动器的电极,解决了传统IPMC不能长时间工作在空气中且电极易脱落的问题;向纤维素纳米纤维离子交换膜中掺杂石墨烯,提升了膜内离子的迁移速度。通过扫描电镜、红外光谱、XRD等分析验证了材料的结构和性能。其次,探究纤维素纳米纤维驱动器的驱动机理,搭建了驱动特性的测试平台,研究了驱动器在不同电压、不同频率的驱动信号下的弯曲变化情况,并与以往研究者的驱动器进行了对比。结果表明,本文制备的驱动器具有较高的弯曲位移和响应时间。基于驱动特性,设计了仿生电子花、与电子屏幕进行交互的仿生手指、螺旋支架等应用。然后,探究纤维素纳米纤维驱动器的感知机理,并搭建了感知特性的测试平台,研究了纤维素纳米纤维驱动器的静态和动态感知特性,以及感知电压与驱动器弯曲变化的关系。基于感知特性,设计了一种微力传感器,并建立了其理论模型和实验模型。结果表明,微力传感器具有较高的灵敏度和线性度。最后,根据纤维素纳米纤维驱动器的驱动特性和感知特性,设计了一种驱动/感知一体化的手爪系统,用来夹持固定一些微小物体。该手爪能够感知施加力的大小自适应地调节其力度,实现精准而灵活地夹持固定物体。该手爪具有广泛的潜在应用场景,例如医疗、工业、农业等领域。

关键词：离子型电活性聚合物纤维素纳米纤维石墨烯驱动特性感知特性

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