电致动聚合物致动器的动态响应研究

采用电场型电致动聚合物——介电弹性体(DE)制作了一种圆形致动器,在交流电压和直流脉动电压驱动下,分别研究了电压波形、幅值和频率的位移响应情况.实验结果表明,当幅值和频率相同、波形不同时,DE薄膜的驱动位移相差较大,在方波、正弦波和三角波电压下,其驱动位移依次减小.随着频率的增高,驱动位移的递减速度依次增大.当电压波形相同时,位移随电压幅值的增加而增大,随频率的增高而减小,均呈非线性关系,并且直流脉动电压比交流电压的驱动过程稳定.对比双向预拉伸2×2、3×3、4×4倍的DE致动器电致动实验结果可知,预拉伸4×4倍的DE致动器所需的驱动电场强度比预拉伸2×2倍和3×3倍的DE致动器所需的驱动电场强度高,从变形过程的稳定性、响应速度以及稳定变形条件下DE致动器所能承受的频率来看,预拉伸4×4倍的DE致动器优于预拉伸2×2倍和3×3倍的DE致动器.

电致动聚合物致动器材料及放大结构综述

为满足航天应用的需要,本文对EAP材料研究情况和它们典型的压电致动器放大结构发展趋势进行了综述。首先比较了干湿EAP材料的特性,提出了应用中需要注意的一些问题;其次,以典型的压电致动器放大结构为例,分析了其优缺点,强调了一些新颖的概念。最后指出,为克服航天应用中EAP致动器力和行程的限制,需要根据实际应用从材料和放大结构两方面展开深入研究。

电致动聚合物驱动的无阀微泵的设计与制作

提出了一种由电致动聚合物材料(DE)驱动的平面扩散/收缩管无阀微泵.通过分析扩散/收缩管的角度、长度、最小宽度等关键参数对微泵性能的影响,对无阀微泵的结构进行了设计.基于UV-LIGA工艺,将DE泵膜和SU-8泵体键合制作了无阀微泵的模型,并对DE泵膜结构进行了实验研究,确定了合理的结构形式,实现了微泵的单向泵送.在3 500 V、8 Hz直流正弦电压的作用下,无阀微泵的流量最大,为21.2μL/min,并且结构简单、易于密封、成本低.实验结果对电致动聚合物微泵进一步的科学研究和实际应用都具有较大的促进作用.

电致动聚合物智能材料分类及其特点

电致动聚合物(Electroactive Polymer,简称EAP)是一类新型的智能材料,国外对此类材料已开始了不少研究,国内研究则相对较少。本文主要介绍国外研究的不同类型电致动聚合物的变形机理及其性能特点,并比较了其优缺点,对其应用前景也进行了展望,以期对我国今后该类材料的研究和应用提供借鉴。

离子金属聚合物复合材料调节器的动态特性

离子金属聚合物复合物(IPMC)同时可以用来制作驱动元件和敏感元件,具有质量轻、驱动电压低的特点。介绍了一种IPMC特性的测试平台,通过激光传感器实现对条形IPMC端部变形的非接触测量,同时使用一套数据采集设备对驱动电压、电流、传感器的输出进行数据实时采集。对一种IPMC样品进行了研究,得到了浸润时间与活性之间的关系;对元件的动态特性进行了研究,使用实验数据对IPMC元件进行了建模,得到了一个近似的二阶系统表达式。

离子聚合物-金属复合材料模糊PID控制方法研究

文章针对离子聚合物-金属复合材料(ionic polymer metal composite,IPMC)的松弛效应,将模糊控制与PID控制相结合设计了模糊PID控制器,实现了其PID的参数自整定功能;采用Matlab/Simulink分别对模糊PID控制系统和常规PID控制系统进行仿真,仿真结果表明,模糊PID控制系统响应时间为0.2 s,远小于常规PID控制系统的1.5 s,模糊PID控制系统的最大超调量比常规PID控制系统降低了74.5%,稳态误差降低了65.6%;采用STC51单片机对模糊PID控制系统和常规PID控制系统进行了IPMC末端输出位移控制实验,结果表明模糊PID控制系统的最大超调量比常规PID控制系统降低了77%,稳态误差降低了49%。该文设计的模糊PID控制系统对IPMC末端输出位移的控制效果比常规PID控制系统有了显著改进,对IPMC材料的应用具有较为重要的促进作用。

碳纳米管薄膜基人工肌肉致动器研究取得进展

中科院物理所／北京凝聚态物理国家实验室（筹）解思深研究组采用连续的碳纳米管薄膜作为电极层及力学增强体，用灌注了离子液体的天然聚合物凝胶作为电解质层，热压组装成三明治结构的电致动聚合物器件。对这样的悬臂梁式器件两电极层间施加一个交流电场，它就会发生快速的往复摆动。