导电聚合物离子凝胶制备与电化学驱动性能研究

基于导电聚合物的电化学驱动器具有低工作电压、制备简单、易操控及低成本的优势,在软体机器人领域具有广阔的应用前景。目前多采用添加具有高电化学活性材料的方法提高其驱动性能,但纯导电聚合物电化学驱动器的驱动应变仍小于1%。通过添加剂调控导电聚合物的微观结构,获得了一种具有高导电性(1500S/cm)、高拉伸率(47%)的导电聚合物离子凝胶,其最大驱动应变达到1.4%,优于已经报道的导电聚合物电化学驱动器。这一结果表明,导电聚合物电极的微观结构对于电化学驱动器驱动性能具有重要作用,为后续研究提供了有益的借鉴。

基于硅基复合材料的电化学驱动器的实验和力学分析

驱动器通常可以将其他形式的能量转化为机械能,被广泛的应用于多个领域。本工作主要开发了一种电化学驱动的控制器,通过设计驱动器结构与尺寸,产生一种较大的弯曲变形。进而调整时间和结构参数,完成驱动器变形的实时控制。并结合物理模型,对驱动器的工作机理进行解释说明。这对于进一步开发新型驱动器具有较高的指导意义。

压缩变形纳米多孔金电化学驱动性能研究

研究了压缩塑性变形对纳米多孔金电化学驱动性能的影响.结果表明,虽然压缩变形会导致材料孔隙率和比表面积降低,但随着变形量的增大,在压缩方向上其驱动幅度呈先升高再降低的趋势.单位体积和单位质量材料的驱动能量密度也随着变形量的增大而大幅度提高.压缩变形样品驱动性能的提高是由于压缩过程中纳米多孔结构的空间形貌和分布发生变化.对压缩变形过程中纳米多孔结构演变进行定量表征,是理解驱动性能提高根本原因的关键.

基于电化学原理的消化道释药电子胶囊研究

基于电化学原理,提出了一种可用于消化道药物释放的微型电子胶囊。该电子胶囊采用电化学反应作为驱动单元的物理模型,它可采用无线遥控方式或定时方式控制药物的定时、定量释放。当胶囊系统接收到控制指令后(如定时时间已到或接收到遥控指令),接通电化学反应电路,产生氢气,该气体驱动活塞机构运动,实现药物释放。释放药量可由控制电路导通时间的长短来决定。

基于导电聚苯胺的离子凝胶柔性驱动器研究

基于导电聚合物的柔性电化学驱动器具有驱动电压低,成本低和环境适应性强等特点,在柔性驱动领域具有重要的研究意义。分别以硫酸和植酸作为掺杂剂合成导电聚苯胺,借助扫描电子显微镜和X射线衍射仪等表征方法,研究了掺杂剂对聚苯胺微观结构的影响。将掺杂态的导电聚苯胺作为添加剂加入到PEDOT∶PSS驱动器电极中,获得了一种具有高拉伸和高导电性(925S/cm)的电极,并且驱动器的最大质量电容可达到1F/g,最大弯曲位移为5.6mm。结果表明:聚苯胺作为添加剂对驱动器的驱动性能有较大的提升作用,为后续的研究提供了有益的借鉴意义。

锂金属电池枝晶生长及其抑制机理

锂金属被认为是锂电池负极材料最理想的选择之一,具有较高的理论容量(3860 mA∙h/g)和最低的负还原电位(−3.040 V(vs SHE))等优点。然而在充电过程中易在负极表面生长出锂枝晶,导致电池短路和降低电池利用效率。尽管大量研究已获得了枝晶的有效抑制方法,但枝晶生长和抑制机理仍不明确。本文系统讨论了锂金属负极材料表面枝晶生长机理以及表面特性、电化学性质对枝晶生长的影响机理。首先基于相场法建立了锂枝晶生长模型,并通过实验验证了模型的准确性;然后结合数学模型和电化学实验,研究了枝晶初始成核间距、表面能各向异性强度、界面电化学驱动力等因素对锂枝晶生长的影响规律。结果表明:小的初始成核间距和低界面能各向异性强度均可降低负极锂金属沉积表面粗糙度,从而抑制锂枝晶生长;锂枝晶生长受界面电化学驱动力影响,降低成核过电位可有效抑制锂枝晶生长。