基于多壁碳納米管的人工肌肉制備工藝及其性能研究.pdf

1、IPMC(Ionic Polymer-Metal Composites)作為一種人工肌肉材料，具有質(zhì)量輕、響應(yīng)迅速、功耗低、柔度高等優(yōu)點(diǎn)。盡管IPMC的諸多優(yōu)點(diǎn)使其擁有廣闊的應(yīng)用前景，但是其運(yùn)動(dòng)壽命短成為限制其應(yīng)用的關(guān)鍵因素，而其表面金屬電極的氧化是導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)壽命短的主要原因。本文針對(duì)目前廣泛被研究的Ag-IPMC，以改善Ag-IPMC中銀電極易氧化的問(wèn)題為切入點(diǎn)，對(duì)多壁碳納米管(Multi-walled Carbon Nanotube，

2、MCNT)進(jìn)行帶電修飾，應(yīng)用電泳沉積法使其“生長(zhǎng)”在Ag-IPMC表面，制備了多壁碳納米管型人工肌肉(MCNT-IPC)。
　　首先，分析Ag-IPMC中銀電極的形成原理，建立Ag-IPMC電極幾何模型，計(jì)算電極層間隙體積分?jǐn)?shù)和外電極厚度對(duì)電極電阻的影響。對(duì) Ag-IPMC運(yùn)動(dòng)失效前后電極宏觀表征變化進(jìn)行了對(duì)比觀察。利用掃描電鏡(SEM)和能譜儀(EDS)對(duì)運(yùn)動(dòng)失效前后的電極微觀結(jié)構(gòu)和物質(zhì)組分進(jìn)行了對(duì)比分析，解釋了Ag-IPMC的

3、電極失效機(jī)理。
　　其次，采用聚二烯丙基二甲基氯化銨(Poly dimethyl diallyl ammoniumchloride，PDDA)對(duì)MCNT進(jìn)行帶電修飾，應(yīng)用電泳沉積法使帶正電荷的MCNT“生長(zhǎng)”在IPMC銀基媒介層上，制備了MCNT-IPC。根據(jù)沉積量理論公式，確定電泳電壓和沉積時(shí)間為實(shí)驗(yàn)初期的關(guān)鍵工藝參數(shù)。
　　再次，應(yīng)用人工肌肉運(yùn)動(dòng)性能測(cè)試平臺(tái)，對(duì)不同工藝參數(shù)下的MCNT-IPC運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行了測(cè)試，包括力輸

4、出性能和位移輸出性能。提出適用于人工肌肉的運(yùn)動(dòng)壽命判定準(zhǔn)則，并對(duì)不同工藝參數(shù)下的MCNT-IPC進(jìn)行運(yùn)動(dòng)壽命對(duì)比測(cè)試，MCNT-IPC較Ag-IPMC相比，運(yùn)動(dòng)壽命均有不同程度的提高。
　　最后，采用SEM對(duì)不同工藝參數(shù)下的MCNT-Ag復(fù)合電極微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征觀察，研究電泳電壓和沉積時(shí)間對(duì) MCNT“生長(zhǎng)”狀態(tài)的影響，探究工藝參數(shù)、運(yùn)動(dòng)性能與電極微觀結(jié)構(gòu)三者的關(guān)系。對(duì)不同MCNT“生長(zhǎng)”狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行EDS分析，說(shuō)明了MC