多片叠加工艺提高IPMC力输出性能研究.pdf

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1、化学工程师ChemicalEngineer2012年第l2期文章编号：1002—1124(2012)12—0001—04科研青多片叠加工艺提高IPMC力：弹发输出性能研究于敏，何青松，u，汤伊黎，韦海菊a-u，戴振东a(南京航空航天大学a．仿生结构与材料防护研究所；b．机电学院。江苏南京210016)摘要：离子聚合物复合材料IPMc(Ionicpolymer—metalcomposite)是一种新型的电致动材料，在微小系统驱动方面有巨大的应用潜力，但输出力较低限制了该材料进一步的开发应用。本文采用聚合物溶液浇铸技术制备N

2、ation基底膜，通过化学镀方法在Nation基底膜上均匀沉积铂金属电极，获得IPMC复合材料。针对IPMC输出力较低的缺点，通过多片薄膜并联设计的方法，提高IPMC驱动器的力输出性能。在IPMC测试平台上进行力输出性能测试，测试结果表明，多片IPMC叠加可显著提高IPMC的力输出性能，随叠加层数的增加，IPMC力输出叠加效率有所降低。关键词：IPMC；叠加；力输出中图分类号：TB34文献标识码：AEnhancementofforceperformanceofIPMCactuatorswithmulti-layers‘Y

3、UMin，HEQing—songa'b,TANGYi-lP．b,WEIHai-ju，DAIZhen-don~(NanjingUniversityofAeronautics＆Astronauticsa．InstituteofBio-inspiredStructureandSurfaceEngineerings；b．CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，Nanjing210016，China)Abstract：Ionicpolymermetalcomposites(!PMC)

4、，anewkindofelectro-activepolymer,havegreatpotentialinmicrosystemsactuators．However,IPMCsgenerateasmalloutputforce，whichgreatlylimitstheirfurtherappli-cations．Inthispaper,theNationmembraneswerepreparedbycastingtheliquidsolution，andIPMCswerecorn—posedofthecastedNat

5、ionmembraneschemicallysurface—compositedwithaconductivemediumsuchasplatinumorgoldbyelectrolessplating．Theblockingforcewasimprovedbymulti-layerdIPMCmembraneswithparallelcircuit．Then，theblockingforcewasmeasuredbytheapparatusforactuationtests．Theresultsshowedthatmul

6、ti—layersofIPMCmembraneswereapparentlyabletoimprovetheforceperformance，andtheefficiencydecreasedwiththeincreasingnumberoflayers．Keywords：IPMC；multi—layers；theblockingforceIPMC(Ionicpolymer—metalcomposite)是一种新器被广泛地研究。美国新墨西哥大学人工肌肉研究型的电致动聚合物材料，由全氟磺酸离子聚合物所(AMRI)的Mohs

7、enShahinpoor等使用IPMC作为(如Nation膜)与嵌在膜表面的纳米金属电极(如驱动器设计了微型抓取器、人工心脏的辅助压缩舒Pt)组成。IPMC基底膜(Nation膜)同时具有亲水和张装置等⋯，日本香川大学Zhang等设计了IPMC驱憎水基团，在膜内部形成了许多纳米尺度的微管动的水下机器人，可以实现泳动、行走和漂浮等运道，外加电场作用下，基材中溶剂化水合离子在微动。Yeom等研制了仿水母机器人[31。这些研究展管道内定向迁移，导致沿膜厚方向含水量不均，产示了IPMC潜在的应用价值，但是现有的IPMC驱生内应力

8、，引起IPMC的形变。IPMC材料在较低电动器力输出较低，仅为毫牛级，这大大限制了其在压(约13V)激励下会产生超过9O。的弯曲变形，工程中进一步的应用。因此，众多学者致力于IPMC质量轻，质地柔，无噪音，生物相容性好，在微型机输出力的提高，如Kim】用聚合物溶液浇铸技术器人、人工肌肉、仿生机械等领域，IPMC作为驱