学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

IPMC柔性仿生驱动器的制备及性能测试

作　者: 金宁
导　师: 王帮峰
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: IPMC 离子聚合物金属复合材料人工肌肉化学镀铂柔性驱动器
分类号: V224
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 42次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

对于近空间飞行器,仿生飞行是最有效的飞行方式之一。而仿生飞行器的关键问题是用于机翼变形与运动的驱动器技术。对于仿生机翼驱动器,要求其驱动变形大、响应快速、控制简单、能耗低且重量轻。IPMC材料恰好具备上述特点,因而可能是仿生驱动器材料的较佳选择。本文首先探索了如何制备性能优良的IPMC柔性仿生驱动器,采用了基于Nafion膜的二维化学镀铂和基于浇铸溶液基膜的三维再镀两种方法。二维化学镀采用在Nafion基膜上镀铂电极的方法,且对制备过程中的各个影响因素如表面粗化,超声波振荡,退火,时间和温度等进行分析。由于二维IPMC厚度薄,输出力小,限制了仿生驱动器的应用,因此自制了大输出力的三维IPMC驱动器,用溶液浇铸成所需厚度的基膜,再化学镀电极,同时对制备过程中的影响因素如时间和温度进行分析。其次,重点对制备的IPMC材料进行各项性能测试,并将二维和三维IPMC进行了对比。通过微观电镜分析了其表面电极分布情况和所镀电极厚度,结果表明由于自铸的三维离子交换膜其离子交换能力与Nafion(117)基膜不同,因而三维IPMC与二维IPMC微观电镜分析结果存在显著差异;通过电性能测试分析了其表面电阻变化随时间变化趋势;红外热像仪的结果表明在致动过程中热量分布主要从根部夹持端向变形端扩散;考虑到IPMC材料的应用,详细测试了其输出的拉力,其输出拉力与厚度及驱动电压的增加均呈正相关的关系;最后对两种基膜及其相应的IPMC进行了拉伸实验,对其弹性模量及抗拉强度等力学特性进行了对比分析。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-20
  1.1 引言  12-13
  1.2 IPMC 概述  13-15
  1.3 IPMC 发展及国内外应用现状  15-18
  1.4 本文研究内容  18-20
第二章 IPMC 理论基础及驱动机理  20-29
  2.1 IPMC 基体—离子交换膜  20-25
    2.1.1 离子交换膜  20-23
    2.1.2 离子交换机理  23-25
  2.2 IPMC 电极  25
  2.3 IPMC 材料的微观组成  25-26
  2.4 IPMC 材料驱动机理  26-28
    2.4.1 通常认为的驱动机理  26-27
    2.4.2 离子迁移与溶剂迁移共同作用  27
    2.4.3 Bonomo 等的观点  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第三章 IPMC 柔性仿生驱动器的制备  29-48
  3.1 二维化学镀铂制备IPMC  29-34
    3.1.1 化学镀技术  29-30
    3.1.2 实验原料及仪器  30-31
    3.1.3 Pt 基IPMC 的制备工艺  31-34
    3.1.4 Pt 基IPMC 的电致动效果  34
  3.2 实验工艺对二维PT 基IPMC 制备的影响  34-41
    3.2.1 表面粗化工艺对IPMC 制备的影响  34-38
    3.2.2 超声波处理对IPMC 制备的影响  38-39
    3.2.3 退火对IPMC 制备的影响  39-40
    3.2.4 其他因素对IPMC 材料制备的影响  40-41
  3.3 三维浇铸方法制备IPMC  41-44
    3.3.1 三维浇铸原料及仪器  41
    3.3.2 浇铸基膜工艺  41-43
    3.3.3 电极制备工艺  43
    3.3.4 三维IPMC 电致动效果  43-44
  3.4 浇铸工艺对三维IPMC 制备的影响  44-45
    3.4.1 时间  44-45
    3.4.2 温度  45
  3.5 IPMC 保湿问题的探索  45-46
  3.6 本章小节  46-48
第四章制备的IPMC 柔性仿生驱动器的性能测试  48-67
  4.1 微观电镜分析  48-51
    4.1.1 二维Pt—IPMC 的SEM 分析  48-49
    4.1.2 三维浇铸基膜IPMC 的SEM 分析  49-51
  4.2 电性能及热像分析  51-53
    4.2.1 二维Pt—IPMC 分析  51-52
    4.2.2 三维浇铸基膜IPMC 分析  52-53
  4.3 力输出测试  53-60
    4.3.1 二维Pt—IPMC 力输出  56-57
    4.3.2 三维浇铸基膜IPMC 力输出  57-60
  4.4 力学性能  60-64
    4.4.1 二维Pt—IPMC 力学拉伸测试  61-63
    4.4.2 三维浇铸基膜IPMC 力学拉伸测试  63-64
  4.5 XRD 及其他物理性能  64-65
    4.5.1 二维Pt—IPMC  64-65
    4.5.2 三维浇铸基膜IPMC  65
  4.6 本章小结  65-67
第五章总结  67-70
  5.1 实验研究总结  67-68
  5.2 工作展望  68-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
在学期间研究成果及发表的学术论文  75

IPMC柔性仿生驱动器的制备及性能测试

内容摘要

全文目录

相似论文