Soft actuator based on ion-exchange polymer-metal composite

Ion-exchange polymer-metal composite （IPMC） is a new electroactive material. It has large deformation and high force weight ratio in the presence of low voltage （〈1.5 V）. In this study a soft actuator known as artificial muscle based on IPMC was prepared. The IPMC actuator is composed of a perfluorinated ion-exchange membrane and platinum plated on both sides of the membrane by chemical means. Experiences and some key points are introduced in preparation of the IPMC. Electromechanical behaviors of the actuator are investigated, Factors related to the actuator performance are discussed.

基于离子聚合物金属复合结构(IPMC)的柔性致动器研究

介绍了基于离子聚合物金属复合结构(IPMC)的柔性致动器的制备方法和关键技术,分析了致动机理。针对所构造的致动器样本,初步研究了其机电特性。研究结果表明,该制动器具有结构简单、驱动电压低、相对变形量大、重量轻等优点,在泳动仿生微机器人推进和生物医学应用方面具有较大的潜力。

IPMC型柔顺手爪作动器的设计与性能测试

为克服传统手爪机构传动链多,耗能大,结构复杂等缺点,设计并制作了一种应用电致动智能材料(IPMC)的柔顺手爪。运用Pro/E软件设计IPMC手爪的主体结构,并分析其运动过程,最终装配完成IPMC手爪;运用激光位移传感器,精密电子秤和Canon相机测试了研制的4片IPMC驱动薄膜的末端位移,端部力和平均运动速度,并通过Labview测试系统对其进行采样和分析。实验结果表明:IPMC手爪驱动元件的角位移在3V电压激励下超过了180°(-3V电压下负向位移与+3V电压下正向位移之和);其末端位移大小为其自身(除固定部分外)总长;手爪驱动薄膜每片重量约为0.5mg,可抓握质量为1.6g左右的物体。该手爪结构简单、位移大、耗能低;同时,由于IPMC的柔顺特性,在抓取物体时它会贴附在其表面,而不破坏其表面精度。因此,这种手爪适用于抓取表面粗糙度要求高的物体。

基于IPMC驱动器的小型遥控机器鱼的研制

IPMC智能材料具有驱动电压低、响应形变高的特性.利用这种智能材料为驱动器,设计了一种小型遥控机器鱼.该机器鱼可以由红外电视遥控器遥控,通过改变加在IPMC材料上的驱动电压的幅值和频率来控制机器鱼的游动方向和游动速度.在实验过程中,分别比较了在正弦波激励和方波激励下机器鱼的游动速度的差异,同时验证了驱动信号的幅值与频率对机器鱼游动速度的影响.通过实验有效地证明了IPMC材料作为驱动器的可行性.

不同含水率IPMC悬臂梁谐振性质的研究

基于悬臂梁结构,建立了离子交换聚合体金属合成物(ion-exchange polymer-metal composites,IPMC)谐振力传感器的理论模型,并对IPMC的谐振特性进行了测试,测得了IPMC含水量与谐振效果的关系.通过测试发现:IPMC含水量很高时,几乎不出现谐振现象,需在空气中干燥数分钟后,才会随其含水量的下降而开始出现谐振现象,并且谐振效果越来越好;在空气中持续干燥20min之后,IPMC的谐振现象随其含水量的减少而逐渐减弱,发生的变形也越来越小;一般情况下,IPMC出水10min后才可以做谐振性质的测试,该IPMC可以在空气中工作10min.

一种基于IPMC的新型发电装置的理论与实验研究

IPMC是一种智能材料,可作为柔性驱动器/传感器使用。针对目前IPMC智能材料的机械电子特性,即IPMC被动产生一定的物理形变后会在其厚度方向上产生可观的微小电压的特性,设计了一种新型的基于IPMC智能材料的微型发电装置。该方法通过悬臂梁受力变形的原理设计了发电装置的结构,同时设计了一种新型的机械全桥整流法对IPMC产生的电流进行处理,通过这种整流法,可以对IPMC输出的电流进行无损耗的采集。最后采用Lab VIEW软件,对所产生的电压信号进行检测。本设计具有结构简单、实现容易、携带方便、可随时随地发电等特点。

离子交换聚合金属材料在匀速流中的传感实验研究

离子聚合物金属复合材料IPMC(Ion-exchange polymer metal composite,IPMC)具有驱动和传感功能。本文利用IPMC的传感能力,设计了一种海流速度信息传感器,基于3种模型分别使用ANSYS和MATLAB软件对不同条件的情况进行仿真,并设计测试系统进行实验,分析验证了片状IPMC在均匀流速下的传感能力。研究结果表明:片状IPMC的初始稳定电压以及测量灵敏度均与材料面积正相关;随着流速的增大,IPMC达到稳定输出电压的时间缩短,且材料输出电压在达到稳定前与时间呈现二次多项式函数关系,函数最大值即为实验所测得的稳定输出电压;各组次实验的重复性良好。

IPMC的材料组成与驱动传感性能研究进展

离子交换聚合物/金属复合材料(IPMC)可作为柔性的驱动器与传感器,用于仿生机械、医疗器械等领域。驱动器是IPMC的主要应用,存在输出功率低、驱动不稳定等问题。传感器是IPMC的重要应用,存在感应电压低、干扰大等缺陷。优化电极、电解质膜、电解质溶液的材料组成有望解决上述问题。驱动器方面,本文梳理了不同聚合物电解质膜的改性技术及驱动特点,重点归纳了电解质膜的成分、结构制约其物理性能(如离子交换当量、含水量、力学性能),进而制约其驱动性能(如位移、力输出)的规律。传感器方面,本文从电极形状、电解质膜结构、电解质离子尺寸3个方面,讨论了IPMC传感性能(如感应电压的幅值、稳定性)的优化技术。论文还展望了IPMC的未来发展方向。

磁性树脂基复合材料的研究进展

综合磁性树脂基复合材料的研究现状,着重介绍了磁性树脂基复合材料的三大类:粘结磁体、磁性高分子微球和磁性离子交换树脂的最新发展和研究状况。

离子聚合物-金属复合材料的研究进展

离子聚合物-金属复合材料(IPMC)是一类电活性材料,可作为柔性致动器和传感器,因在仿生学领域有广阔的应用前景而成为材料科学的研究热点之一。概述了IPMC的研究现状,包括IPMC的致动原理,基质膜材料的结构、制备及性质以及电极的制备方法及工艺。基于材料组成结构对IPMC基质膜进行了分类,详细讨论了膜材料的化学结构与其质子交换能力、溶胀性、吸水率、致动力、形变性等性能的关系,并分析了各类材料的特点及局限性;讨论了IPMC电极制备方法及工艺,分析了电极制备方法与其性能的关系;通过归纳总结IPMC组成结构对其性能的影响规律,探讨改进IPMC性能的方法,并展望了该类材料的发展前景。

制备温度对Ag-IPMC拉伸及致动性能的影响

在不同的沉积温度-修饰温度（25℃-25℃，15℃-25℃，15℃-15℃，10℃-10℃，7．5℃-15℃，7．5℃-7．5℃）设定下，以化学沉积的方法制备银型离子聚合物金属复合材料（Ag—IPMC），并对制得试样进行了表面形貌观察以及拉伸测试和动态位移测试。结果表明：制备温度在7．5～25℃范围内，反应温度越低，离子交换膜表面所沉积的银粒子团聚颗粒越细小。在7．5℃-7．5℃下制备试样比25℃-25℃下制备的试样团聚颗粒直径小60％。电极厚度受温度影响较大，不同温度下内、外层电极厚度差异明显（内：～130％，外：～70％）；制备温度在15℃-15℃的试样具有最大的弹性模量（比最小值大28％）。在实验温度范围内，最大驱动变形量随着反应温度的降低而增大，其最大值比最小值大80％。