电致伸缩材料特性测试方法及其驱动器件研究

《电致伸缩材料特性测试方法及其驱动器件研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、东南大学博士学位论文电致伸缩材料特性测试方法及其驱动器件研究姓名：吴剑锋申请学位级别：博士专业：测试计量技术及仪器指导教师：宋爱国;李建清20080301摘要纳米钛酸钡／聚氨酯复合体电致伸缩材料作为一种智能功能材料，具有声阻抗低，机械柔韧性好，加．1：性能良好以及加：I：成本低等优点，由其制成的微位移驱动器适用于微米、纳米级分辨率的精密机械、医疗器械、人造器官以及微型水泵等领域。电致伸缩材料特性测试及其微致动器研究涉及材料、测鼙、控制、信号处理、机械等多种学科，是跨学科研究的热点。本文致力于电致伸缩材料特性测试方法的研究及其微致动器的设计，

2、并得到了江苏省自然科学基金项目资助(项目编号：BK2003063)。首先，本文研究了纳米钛酸钡掺杂改性方法和聚氨酯弹性体的合成方法，分析了聚氨酯弹性体的结构与其性能之间关系，对制备的多个不同纳米钛酸钡含量聚氨酯弹性体复合材料进行了结构分析与性能表征，进行了制备材料的硬度、动态压缩、热性能、动态粘弹性、介电性能测量试验。试验结果表明掺入纳米钛酸钡对聚氨酯弹性体复合材料的各种性能有较人提高。分析了电致伸缩材料高压电容负载等效模型和电致伸缩材料对高乐源的特殊要求；提出带反馈、手动／自动控制测试高乐源解决方案，针对高压输出非线性提出了查表和自动非线

3、性纠正的方法，测试表明所研制的高压源具有良好的特性。其次，本文研究了各种微何移、微麻变测试方法的原理、范同、精度和适用场合，提出并实现了光学杠杆法测量聚氨酯电致伸缩材料微位移／微麻变方法，采用多椭圆环质心法识别并手动纠正光源位置不垂直引入的误差，提出先剔除畸变后采用高斯曲面拟合方法提高光斑中心求解精度的方法。结果表明：提出的光斑中心求解方法能较好地消除平台和倾角及其他因素导致的误著，同时还可以推算出光斑峰值。研究了电容线性位移传感结构和原理，并选择电容法作为聚氨酯电致伸缩特性测试的方法：在此基础上研制了电容法电致伸缩特性测试装置，设计和实现

4、了平板电容微位移、微力测苗结构和电磁力加载机构。再次，本文采用研制的光学杠杆法和电容法电致伸缩特性装置对不同掺杂比例纳米钛酸钡／聚氨酯弹性体的电致伸缩特性进行了测试，分析了电致伸缩特性的影响冈素，针对各种电致伸缩现象提出了电致伸缩材料电荷迁移逾渗复合模型(CTPM)。测试结果表明低含量的掺杂纳米钛酸钡可以提高复合物的电致伸缩廊变，但是含龉进一步的提高却降低了复合材料的电致伸缩应变，掺杂6％钛酸钡聚氨酯弹性体表现出最佳电致伸缩应变：随着力负载的增加电致伸缩应变减小；钛酸钡／聚氨酯弹性体表现出一定的驱动力，极板电荷相互吸引力不是导致电致伸缩应变

5、的唯一原因：本体聚氨酯的电致应变响应速度较快，同复程度较好，能基本回复到原点；纳米钛酸钡／聚氨酯随掺杂含晕提高。恢复速度减慢。研究和分析表明电致伸缩效应和Maxwell麻力是产生电致伸缩应变的根本原冈，’而电荷迁移逾渗模型能很好的解释电致伸缩材料特有的弯曲、临界电场反转膨胀、高掺杂快速响应和同弹现象。最后，本文研究了微致动器的致动原理和致动结构，设计了一种基丁聚氨酯弹性体电致伸缩材料的蠕动致动腿结构，并对其进行了理论分析；提出单片电致伸缩材料最佳厚度的计算方法，并以此为基础提出了一种基于电致伸缩微致动器的微位移平台。并对其动作特性进行了仿真

6、。关键词：电致伸缩，微位移测试，光学杠杆，微致动器。电容传感器，聚氨酯弹性体，CTPM。东南人学博1：学位论文AbstractPolyurethane／BaTi03(PU／BaTi03)nanocompositeelastomersmaterialsiSoneoftheintelligencefunctionmaterials，whichhavemanyadvantagessuchaslowacousticimpedance，mechanicalflexibility，goodperformanceandlowprocessingcosts

7、，etc．Themicro-displacementactuatoresofPU／BaTi03nanocompositeelastomersmaterialsarewidelyusedinmakingofmicron，nanometerresolutionprecisionmachinery，medicaldevices，artiflciaIorgans，micro-pumps，andSOon．Electrostrictivematerialpropertiestestinginvolvesinmaterialtesting,measure

8、ment，control，signalprocessing，machinery．SupportedbyJiangsuProvinceNatureFundingProject，th