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《南京航空航天大学》 2010年
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IPMC人工肌肉材料的制备、理论模型与分析

丁海涛  
【摘要】: 离子聚合物金属复合材料(Ionic polymer-metal composites,IPMC)是一种新型电致形变高分子材料,它以聚合物薄膜(如Nafion)为基体,通过化学镀的方法将贵金属(如Pt)颗粒渗透并沉积在膜的表面而形成的一种复合材料。与其它电致动聚合物材料相比较,IPMC在施加较低电压(1~3V)下,可产生超过90°的弯曲变形。除此之外,IPMC还具有质量轻、易于控制、柔韧性好等特点,因此具有非常大的应用潜力。本文在大量文献调研的基础上,开展了对IPMC驱动材料的建模和制备的研究工作,具体内容如下: 根据IPMC材料的电致动机理,建立IPMC材料内水合阳离子的力平衡方程,由水合阳离子的浓度分布及水分子的扩散计算得出水分子的浓度以及含水量分布,结合实验所确定的含水量和应变的关系从而确定IPMC沿厚度方向的应变分布。该计算方法适用于不同形状的致动器,以悬臂梁IPMC驱动器为例,通过应变分布计算得到IPMC驱动器的输出弯矩和相应的输出位移,数值模拟的结果与实验结果相近似,证明该模型正确。 针对IPMC力输出小和离水工作时间短的缺点,进行了IPMC的改性制备和测试。研究了Nafion聚合物的浇铸工艺以及在浇铸溶液中加入TEOS,浇铸成TEOS改性的Nafion薄膜。比较自制膜和商业膜的弹性模量以及含水量。利用化学镀的方法制备IPMC人工肌肉试样,测试表面电极的电阻、弹性模量和摩擦系数。 在课题组前期搭建的测试系统的基础上,对IPMC试样进行力、位移和电流性能的测试,比较三种基体IPMC试样的性能,为IPMC材料的制备、改进提供参考。同时进一步完善IPMC性能测试平台,对IPMC的性能测试系统进行了整合,重新设计整体工作台和夹装装置,完成总装图和零件图。该装置可实现IPMC力输出和位移输出的测试,并且满足IPMC在水和离水两种环境的测试。 本文从应用的角度出发,根据IPMC的物理特征建立IPMC的等效模型。对不同几何形状和表面结构的IPMC输出位移进行了模拟研究。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TB333

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 李玉秀;基于IPMC驱动的仿生眼球设计及制造[D];南京航空航天大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 沈辉;人工肌肉(IPMC)的性能研究[D];南京航空航天大学;2006年
2 汤伊黎;人工肌肉(IPMC)的制备及测试研究[D];南京航空航天大学;2007年
3 韦海菊;离子交换聚合物/金属复合材料的制备、改性及性能优化[D];南京航空航天大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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10 朱丽,侯丽雅,章维一;微混合器研究进展[J];微纳电子技术;2005年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
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2 张新军;梁昌洪;金谋平;;MEI结合有限差分法二维应用的几个技术[A];1997年全国微波会议论文集(下册)[C];1997年
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7 吕宏峰;闫卫平;马灵芝;李鹤楠;;阵列电极毛细管电泳芯片的控制电路设计[A];第六届全国信息获取与处理学术会议论文集(2)[C];2008年
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9 林炳承;秦建华;;微流控芯片与药物筛选[A];2006年全国生化与生物技术药物学术年会论文集[C];2006年
10 薛向尧;张平;黎海文;刘永顺;吴一辉;;PDMS氧等离子体长效活性表面处理及与Si的键合研究[A];第十届全国敏感元件与传感器学术会议论文集[C];2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 朱杰英;基于CCD的多通道毛细管电泳信号处理研究[D];大连理工大学;2010年
2 张颖;仿生皮纳升高通量进样系统设计及制作[D];大连理工大学;2010年
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4 庞中华;微流控芯片注塑成型工艺规范的试验研究与质量预测[D];大连理工大学;2010年
5 丁喜平;用于药物筛选的垂直灌流式多层细胞培养器件[D];大连理工大学;2010年
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7 张宜文;基于PDMS通道内表面区域化学改性的表面张力微阀的研制[D];浙江大学;2011年
8 徐亮;面向微流控芯片的压电无阀微泵的研究[D];浙江大学;2011年
9 崔艳华;基于上下文的图像插值方法[D];西安电子科技大学;2011年
10 张欣媛;基于微流控分析系统的单细胞进样、溶膜、分离和活性氧检测的研究[D];山东师范大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈骐;熊克;卞侃;金宁;王帮峰;;一种新型柔性驱动器的制备和性能研究[J];兵器材料科学与工程;2009年02期
2 郝丽娜;徐夙;刘斌;;基于IPMC驱动器的小型遥控机器鱼的研制[J];东北大学学报(自然科学版);2009年06期
3 谭湘强,钟映春,杨宜民;IPMC人工肌肉的特性及其应用[J];高技术通讯;2002年01期
4 蒋小华;吴名欢;王文成;;单片机波形发生器的设计[J];桂林航天工业高等专科学校学报;2008年02期
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6 王海霞,余海湖,李小甫,姜德生;Pt-Ni/Nafion膜电致动材料的制备及性能研究[J];武汉理工大学学报;2004年12期
7 彭瀚旻;杨淋;李华峰;赵淳生;;离子聚合物-金属复合物发展综述[J];微特电机;2008年02期
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9 罗玉元;李朝东;张国贤;;基于离子聚合物金属复合结构(IPMC)的柔性致动器研究[J];中国机械工程;2006年04期
10 戴振东;孙久荣;;壁虎的运动及仿生研究进展[J];自然科学进展;2006年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 何青松;IPMC改性及其驱动微泵的设计[D];南京航空航天大学;2010年
2 沈辉;人工肌肉(IPMC)的性能研究[D];南京航空航天大学;2006年
3 汤伊黎;人工肌肉(IPMC)的制备及测试研究[D];南京航空航天大学;2007年
4 韦海菊;离子交换聚合物/金属复合材料的制备、改性及性能优化[D];南京航空航天大学;2008年
5 江新民;IPMC人工肌肉制备,改性和建模[D];南京航空航天大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 杨松祥;壁虎生物机器人外周神经模拟信号控制系统的初步研究[D];南京航空航天大学;2005年
2 沈辉;人工肌肉(IPMC)的性能研究[D];南京航空航天大学;2006年
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6 刘彩文;吴士军;;基于PC机的高聚物流变性能参数测试系统[J];内蒙古工业大学学报(自然科学版);2005年04期
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9 杜红棉;张志杰;王文廉;王代华;;反滤波方法在冲击波超压测试中的应用[J];仪器仪表学报;2006年S2期
10 李蓉;刘混举;;交流液压冲击系统测试方案设计[J];机械工程与自动化;2007年02期
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7 叶小华;罗铭;岑豫皖;;基于虚拟仪器的氮爆式液压破碎锤测试系统[A];第四届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2006年
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10 刘万明;王鲁平;杨卫平;;一种成像制导信息处理机测试系统的设计[A];2007年光电探测与制导技术的发展与应用研讨会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;测试系统的开关构造[N];电子报;2008年
2 质测;国内首套卫星质测系统问世[N];中国航天报;2009年
3 广文;R&S新品商用电信研究院[N];通信产业报;2006年
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6 深圳商报记者 钟国斌;深沪交易所备战全流通IPO[N];深圳商报;2006年
7 北京自动测试技术研究所 冯建科;测试服务要走专业化之路[N];中国计算机报;2006年
8 晓瑜;听诊手机的“声带”[N];通信产业报;2004年
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10 罗德与施瓦茨公司;高品质测试系统解决CDMA网络优化[N];通信产业报;2004年
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2 吕富勇;基于精简串行总线的小型模块化测试系统研究[D];南京理工大学;2010年
3 彭瀚旻;IPMC人工肌肉机电性能建模及其在作动器上的应用[D];南京航空航天大学;2010年
4 张敏;采后果蔬热导率测试系统研究及其内部传热温度场模拟[D];河南农业大学;2005年
5 邹源;光环境测试系统精确性研究[D];天津大学;2010年
6 陈西曲;非致冷红外焦平面的读出电路及测试系统研究[D];华中科技大学;2007年
7 陈忠道;新型铁电阴极材料电子发射特性及机理研究[D];电子科技大学;2005年
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10 王希珍;电磁全可变气门的仿真控制及相关研究[D];浙江大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 丁海涛;IPMC人工肌肉材料的制备、理论模型与分析[D];南京航空航天大学;2010年
2 刘晓锋;火箭发动机多参量测试系统的研究[D];南京理工大学;2005年
3 唐才荣;催化燃烧式气敏元件测试分选系统硬件设计[D];哈尔滨理工大学;2008年
4 李志军;基于计算机打印口的气体传感器测试系统研究[D];华中科技大学;2008年
5 许斌;车载监控终端生产测试系统的设计与实现[D];南京理工大学;2010年
6 李梅;油田井深测试系统的研究[D];新疆大学;2005年
7 张冰;基于VXI总线的水阻试验台的改进设计[D];西南交通大学;2005年
8 刘金鹏;基于LabVIEW的液体加热器虚拟测试系统的研究与设计[D];山东大学;2005年
9 涂治河;汽车电器抗干扰电磁兼容试验台[D];重庆大学;2005年
10 刘泉;径流流速虚拟仪器测试系统的研究[D];华中农业大学;2005年
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