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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。