IPMC人工肌肉材料的電致動(dòng)模型改進(jìn)研究.pdf

1、離子聚合物復(fù)合材料（Ionicpolymer-metalcomposites,IPMC）是一種新型電致動(dòng)形變的智能高分子材料，它是通過化學(xué)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(dòng)電壓下會(huì)產(chǎn)生較大的位移形變，相反，IPMC在發(fā)生位移變形時(shí)會(huì)在膜內(nèi)產(chǎn)生通過金屬電極的電場(chǎng)。因此，IPMC材料既以作為驅(qū)動(dòng)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(yīng)用前景廣闊。本文在前期研究的電致動(dòng)模型基礎(chǔ)上，考慮IP

2、MC表面電極存在的水分子泄露對(duì)IPMC性能的影響對(duì)原模型進(jìn)行改進(jìn)，通過實(shí)驗(yàn)獲取了IPMC澆鑄膜的電學(xué)特性，并以此為基礎(chǔ)對(duì)電致動(dòng)模型中的電學(xué)模型進(jìn)行構(gòu)建。具體內(nèi)容如下：
　　本文首先考慮水分子泄露對(duì)于IPMC的影響，對(duì)原有的IPMC電致動(dòng)模型進(jìn)行了改進(jìn)。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(gè)數(shù)；在離

3、子遷移過程和水分子擴(kuò)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(dòng)模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)值的誤差，改進(jìn)后的模型能夠更好符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，證明改進(jìn)后的模型是可行的。
　　其次對(duì)IPMC澆鑄膜的電學(xué)特性進(jìn)行了探索，在測(cè)試平臺(tái)上測(cè)試了空白膜IPMC的電流電壓關(guān)系圖，輸入信號(hào)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(shí)測(cè)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(xué)特性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了IPMC的等效電學(xué)模型。首先探討了電流產(chǎn)生機(jī)理，其次根據(jù)電工學(xué)基本理論求解出電阻、電容和電感元件值與假設(shè)電流公式中變量的關(guān)系函數(shù)；通過1stopt軟件擬合實(shí)驗(yàn)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