基于碳納米管電極的介電彈性體堆疊型驅(qū)動器研究.pdf

1、介電彈性體驅(qū)動器作為一種人工肌肉驅(qū)動器，以其能量密度大、變形量大和效率高等優(yōu)點(diǎn)，在航空、機(jī)器人、醫(yī)療等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。介電彈性體薄膜通電時(shí)，在平面和厚度方向都有變形，利用不同方向的變形，可以制作不同類型的驅(qū)動器。由于僅需對拉伸的丙烯酸薄膜進(jìn)行簡單的處理，便可以獲得平面位移驅(qū)動器，所以目前以這類驅(qū)動器研究為主。相比而言，厚度位移驅(qū)動器在輸出力、壽命等方面性能更優(yōu)。故本文對厚度位移驅(qū)動器進(jìn)行了研究，其由尺寸相同并噴涂有柔性電極的丙烯酸

2、薄膜堆疊而成，故也被稱為堆疊型驅(qū)動器。
　　本文首先對互貫聚合物網(wǎng)絡(luò)（interpenetrating polymer network，IPN）實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了研究。堆疊型驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)，決定了它只能使用不需要支撐機(jī)構(gòu)的沒有內(nèi)應(yīng)力的薄膜。為滿足這一要求，本文中對拉伸率400％的丙烯酸薄膜VHB4910（3M）進(jìn)行了IPN處理。在IPN實(shí)驗(yàn)過程中，對實(shí)驗(yàn)的藥劑、流程、性能指標(biāo)和成功標(biāo)志進(jìn)行了研究，對出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析和解決，并針對彈性模量

3、和拉伸率等因素，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化。處理后薄膜性能測試測試結(jié)果為：收縮率20%，彈性模量2.3MPa，電致變形率120%。
　　然后，采用單壁碳納米管（single-walled carbon nanotube，SWNT）作為電極，一方面利用SWNT良好的導(dǎo)電性和容錯性，另一方面覆蓋有極薄的電極的薄膜，依然具有一定粘性，更好地滿足堆疊的形式。為獲得分散效果更好的SWNT溶液，以方便噴涂，本文引入超聲探頭作為分散方式。為了確定超聲探頭

4、不會破壞SWNT的結(jié)構(gòu)，通過掃描電鏡和拉曼光譜對SWNT進(jìn)行了觀察和分析。然后，與傳統(tǒng)超聲清洗儀對比了分散效果，并通過電阻法和透光率法，對比引入超聲探頭后，手動噴涂和自動噴涂的均勻性差異。最后，通過原子力顯微鏡測得均勻電極的厚度在70nm左右。
　　最后，通過理論研究，分析了各設(shè)計(jì)參數(shù)對驅(qū)動器性能的影響，給出堆疊型驅(qū)動器設(shè)計(jì)參數(shù)選擇的依據(jù)，并從制作誤差和驅(qū)動器響應(yīng)速度兩個(gè)方面對絕緣區(qū)寬度和電極厚度進(jìn)行了優(yōu)化。通過設(shè)計(jì)輔助裝置，給出