基于取向碳納米管纖維的人工肌肉.pdf

1、電驅(qū)動(dòng)人工肌肉一直是智能材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，它具有形變大、密度低、強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，在聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)等廣泛領(lǐng)域都具有重要的應(yīng)用前景。然而，目前已報(bào)道的人工肌肉材料都有一定的局限性，如電子型電活性聚合物所需的驅(qū)動(dòng)電壓較高，產(chǎn)生的應(yīng)變卻較小;離子型電活性聚合物的響應(yīng)速度較慢，并且只能在電解質(zhì)環(huán)境中使用。因此，發(fā)展新型并具有綜合優(yōu)異性能的人工肌肉材料變得越來(lái)越迫切。因?yàn)楠?dú)特的一維結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理性能，碳納米管成為理想的候選對(duì)象。本學(xué)位論文重點(diǎn)合

2、成了一類新型的取向碳納米管纖維，碳納米管纖維具有良好的柔性以及優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能，然后將其發(fā)展成為一類新型的人工肌肉。
　　首先通過(guò)化學(xué)氣相沉積法合成可紡的碳納米管陣列，然后干法紡絲制備取向的碳納米管纖維，系統(tǒng)研究了新型纖維材料的力學(xué)和電學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)其斷裂強(qiáng)度在（102-103）MPa，電導(dǎo)率在(102-103) S/cm。并且發(fā)現(xiàn)，纖維中碳納米管之間存在空隙，在其中引入高分子如聚丙烯酸制備復(fù)合纖維，其斷裂強(qiáng)度和電導(dǎo)率可分別提高

3、2.5倍和1.2倍。
　　在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步把取向碳納米管纖維發(fā)展為一類新型的人工肌肉，碳納米管纖維特有的取向螺旋結(jié)構(gòu)使其能夠直接將電能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)和收縮機(jī)械能。碳納米管纖維人工肌肉在較低的驅(qū)動(dòng)電壓(5 V/cm)下，可達(dá)到較大的收縮應(yīng)力(10MPa)、收縮應(yīng)變(2％)和轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)變(720°);同時(shí)具有響應(yīng)速度快（小于0.2 s）、強(qiáng)度高(0.8 GPa)、電導(dǎo)率高(400 S/cm)、密度低(0.54 g/cm3)等優(yōu)點(diǎn)，并能廣泛應(yīng)