【摘要】：生物凝膠人工肌肉,作為一種新興的智能材料,具有驅(qū)動(dòng)電壓低(5V)、制備工藝便捷、環(huán)保無(wú)污染、柔韌性大以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn),有著巨大的應(yīng)用前景,可以運(yùn)用在航天、生物醫(yī)療水下裝備、仿生制造、及能量收集等領(lǐng)域。其作為當(dāng)今學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn),被列為國(guó)家高科技創(chuàng)新能力的前沿技術(shù)之一,是21世紀(jì)人工智能研究的新趨勢(shì)。較小的輸出力是目前限制其應(yīng)用的主要原因,為此本文主要通過(guò)改變工藝制備手段以及摻雜的方式對(duì)人工肌肉輸出力性能加以提高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試進(jìn)行人工肌肉輸出力性能影響規(guī)律的機(jī)理分析,在測(cè)量中發(fā)現(xiàn)人工肌肉輸出力的震顫現(xiàn)象,并對(duì)其進(jìn)行分析處理。通過(guò)對(duì)人工肌肉的工藝制備分析,提出了在工藝制備中改變氯化鈣的濃度與摻雜甘油兩種制備人工肌肉的工藝方法,提出了人工肌肉輸出力性能指標(biāo),并通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定了在7cm×7cm的特定玻璃器皿下倒入40mL液體進(jìn)行基膜和電極膜的制備工藝方法,確定了3V直流電壓的測(cè)量條件。最后搭建了輸出力測(cè)試平臺(tái),對(duì)人工肌肉進(jìn)行輸出力測(cè)試實(shí)驗(yàn)。在改變氯化鈣濃度對(duì)人工肌肉輸出力的影響中,通過(guò)對(duì)人工肌肉輸出力的測(cè)試以及拉伸實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)工作站測(cè)量比電容的試驗(yàn)中得出,氯化鈣的濃度對(duì)人工肌肉確實(shí)產(chǎn)生影響,且在氯化鈣濃度為0.9g/L時(shí)所制得的人工肌肉輸出力密度最大,為26.534mN/g。氯化鈣濃度變化會(huì)對(duì)基膜彈性模量造成影響,改變內(nèi)部結(jié)構(gòu),進(jìn)而對(duì)輸出力造成影響。在改變摻雜甘油容量對(duì)人工肌肉輸出力的影響中,通過(guò)對(duì)人工肌肉輸出力的測(cè)試以及拉伸實(shí)驗(yàn)和電化學(xué)工作站測(cè)量比電容的試驗(yàn)中得出,在摻雜1mL甘油時(shí),人工肌肉輸出力性能增大,輸出力密度為49.560mN/g,是未摻雜甘油人工肌肉的1.87倍。在觀察人工肌肉輸出力震顫行為中,發(fā)現(xiàn)在摻雜甘油與不同濃度氯化鈣所制得的人工肌肉均在較長(zhǎng)的通電電壓下產(chǎn)生輸出力震顫行為。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)與未摻雜甘油的人工肌肉相比摻雜甘油可以對(duì)人工肌肉輸出力震顫時(shí)間產(chǎn)生延緩的作用,且在人工肌肉剛開始通電處于迅速上升階段,并未發(fā)生輸出力震顫行為,因此提出通過(guò)控制人工肌肉使用時(shí)間以及摻雜甘油的方式,抑制輸出力震顫行為的產(chǎn)生。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB381
【圖文】：

圖 1.1 石墨烯與碳納米管的結(jié)構(gòu)模型狀A(yù)P主要有導(dǎo)電聚合物、(ionicpolymermetalc離子凝膠人工肌肉）。通過(guò)對(duì)離子型 EAP驅(qū)動(dòng)部陽(yáng)離子遷移引起水分濃度變化產(chǎn)生表層應(yīng)變極發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使得聚合物電荷的不，IPMC成為了學(xué)者們普遍研究的對(duì)象，其優(yōu)微醫(yī)療器械、水下推進(jìn)等方面成果突出[33-39]，現(xiàn)，與 IPMC相比，離子凝膠人工肌肉與碳族同時(shí)，與導(dǎo)電聚合物相比，離子凝膠人工肌肉離子凝膠人工肌肉的研究呈現(xiàn)出巨大潛能。因?qū)W術(shù)界普遍青睞。

圖 1.2 IPMC不同工程實(shí)踐領(lǐng)域的應(yīng)用示意圖工肌肉制備工藝研究與性能優(yōu)化兵通過(guò)自澆鑄發(fā)制備梯度和均勻的 IPMC，制作尺寸為 7mm提高到 0.42mm，，這使 IPMC的應(yīng)變得以提高，使其出力由 1.5mN 提高到 18mN[40]；南京航空航天大學(xué)于敏、戴用多片 IPMC 組合以及加大 Nafion 膜的厚度的方法提高了明膠水凝膠在硅油中的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)行為研究,發(fā)現(xiàn)在直流電場(chǎng)平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)兩部分復(fù)合而成,凝膠的運(yùn)動(dòng)速率隨外加電場(chǎng)電外加電場(chǎng)的調(diào)控。卞侃[45]研究介電型 EAP擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的性工肌肉輸出力提高，擺動(dòng)速度加快，提高了人工肌肉的輸大小對(duì)人工肌肉的輸出力產(chǎn)生影響，因此需要確定輸出力測(cè)備的基膜以及電極膜的厚度，需要研究在適當(dāng)?shù)暮穸燃半妷罕阆穸燃半妷涸斐蓪?duì)輸出力的影響。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2726051