The motion of an Ionic Polymer Metal Composite （IPMC） cantilever under a periodic voltage control is modeled. In our finite element 3D model, we follow both the free tip displacements and the blocking forces for var...The motion of an Ionic Polymer Metal Composite （IPMC） cantilever under a periodic voltage control is modeled. In our finite element 3D model, we follow both the free tip displacements and the blocking forces for various thicknesses and elastic constants of the ionomer membrane. It turns out that the maximum displacement of the free tip strongly depends on the value of the Young＇s modulus of the electrodes. Furthermore, the maximum blocking force, Fmax, increases with the thickness of the ionomer membrane. At constant values of Young＇s moduli of the electrodes and ionomer membrane thickness, if the Young＇s modulus of the ionomer membrane varies within the range from 0.2 MPa to 1 GPa, the change of Fmax is less than 10 %. The simulated maximal displacements, blocking forces and electrical currents are compared with the corresponding sets of ex- perimental data, respectively. Qualitative agreement between the simulated and the respective measured data profiles is ob- tained. Furthermore, it is found that the assumption of electrostatic interactions in the cation depleted region of the ionomer membrane has a negligible effect. The advantage of the model consists in its simplicity.展开更多
离子聚合物金属复合材料(ionic polymer metal composite,IPMC)是一种离子型电活性聚合物,具有驱动电压低、位移变形量大、反应迅速和质量轻等优点,作为新型的电致动材料具有广阔的应用前景。但是现有的IPMC电致动材料存在输出力小和非...离子聚合物金属复合材料(ionic polymer metal composite,IPMC)是一种离子型电活性聚合物,具有驱动电压低、位移变形量大、反应迅速和质量轻等优点,作为新型的电致动材料具有广阔的应用前景。但是现有的IPMC电致动材料存在输出力小和非水工作时间短的缺点。通过制备厚度上具有梯度变化的三维IPMC来提高IPMC的驱动性能;采用不易电解挥发、稳定性较好的乙二醇作为IPMC的工作介质,延长IPMC的非水工作时间。研究结果表明,在相同幅值的正弦交流电压下,具有一定梯度结构的IPMC能够显著提高其形变位移和输出力,幅值为3.5V时,形变位移和输出力较相同质量厚度的平面型IPMC分别提升了7.0%和47.9%;用乙二醇置换水作为工作介质的平面型IPMC,其非水工作时间得到大幅提升,从150s延长至300s。IPMC电机械输出性能的提升和非水工作时间的延长对于IPMC在驱动领域的进一步应用开发具有重要意义。展开更多
压电纤维复合物在驱动、传感、结构健康检测等领域具有广泛应用,研究压电纤维复合物的驱动性能对于压电纤维复合物实际应用具有重要意义。通过实验研究不同驱动电压条件(峰值、频率及偏置)对压电纤维复合物悬臂梁结构顶端位移的影响,探...压电纤维复合物在驱动、传感、结构健康检测等领域具有广泛应用,研究压电纤维复合物的驱动性能对于压电纤维复合物实际应用具有重要意义。通过实验研究不同驱动电压条件(峰值、频率及偏置)对压电纤维复合物悬臂梁结构顶端位移的影响,探讨悬臂梁基板材料与压电纤维复合物驱动性能的关系,基于欧拉-伯努利梁理论利用悬臂梁顶端位移计算压电纤维复合物的驱动力。结果表明:压电纤维复合物的驱动性能具有明显的迟滞性。悬臂梁顶端位移的大小与驱动电压峰的峰值呈线性关系,且其不仅与驱动电压的峰值有关,还与驱动电压的偏置、频率有关。压电纤维复合物的驱动性能随基板不同而不同,其对刚性铝板的驱动力为5.2 m N,对柔性麦拉膜的驱动力为0.2 m N。展开更多
离子聚合物金属复合物(ionic polymer metal composite,IPMC)是一种离子型的电致动聚合物,在低电压驱动下可以产生较大的位移形变,因其柔性好、响应速度快、无噪音、与人类肌肉特性相近等特点,成为仿生驱动材料的较佳选择.针对IPMC材料...离子聚合物金属复合物(ionic polymer metal composite,IPMC)是一种离子型的电致动聚合物,在低电压驱动下可以产生较大的位移形变,因其柔性好、响应速度快、无噪音、与人类肌肉特性相近等特点,成为仿生驱动材料的较佳选择.针对IPMC材料的输出力进行测试研究,搭建了一套基于美国国家仪器(NI)公司的面向仪器系统的PCI扩展(PCI extensions for instrumentation,PXI)虚拟仪器平台的IPMC力学测试系统,通过LABVIEW开发环境编写了IPMC力测量数据的采集与分析处理软件,通过该系统可以直观得到IPMC输出力变化规律.针对商业离子基膜和自浇铸离子基膜的IPMC进行测试对比分析,得到IPMC材料的输出力变化规律.展开更多
基金Support of the work by the National Natural Sci- ence Foundation of China （Grant No. 51175251）, the Natural Science Foundation of Jiangsu Province （Grant No. BK2011734） and support of the work by the Czech Science Foundation via project 14-36566G are grate- fully acknowledged.
文摘The motion of an Ionic Polymer Metal Composite （IPMC） cantilever under a periodic voltage control is modeled. In our finite element 3D model, we follow both the free tip displacements and the blocking forces for various thicknesses and elastic constants of the ionomer membrane. It turns out that the maximum displacement of the free tip strongly depends on the value of the Young＇s modulus of the electrodes. Furthermore, the maximum blocking force, Fmax, increases with the thickness of the ionomer membrane. At constant values of Young＇s moduli of the electrodes and ionomer membrane thickness, if the Young＇s modulus of the ionomer membrane varies within the range from 0.2 MPa to 1 GPa, the change of Fmax is less than 10 %. The simulated maximal displacements, blocking forces and electrical currents are compared with the corresponding sets of ex- perimental data, respectively. Qualitative agreement between the simulated and the respective measured data profiles is ob- tained. Furthermore, it is found that the assumption of electrostatic interactions in the cation depleted region of the ionomer membrane has a negligible effect. The advantage of the model consists in its simplicity.
文摘离子聚合物金属复合材料(ionic polymer metal composite,IPMC)是一种离子型电活性聚合物,具有驱动电压低、位移变形量大、反应迅速和质量轻等优点,作为新型的电致动材料具有广阔的应用前景。但是现有的IPMC电致动材料存在输出力小和非水工作时间短的缺点。通过制备厚度上具有梯度变化的三维IPMC来提高IPMC的驱动性能;采用不易电解挥发、稳定性较好的乙二醇作为IPMC的工作介质,延长IPMC的非水工作时间。研究结果表明,在相同幅值的正弦交流电压下,具有一定梯度结构的IPMC能够显著提高其形变位移和输出力,幅值为3.5V时,形变位移和输出力较相同质量厚度的平面型IPMC分别提升了7.0%和47.9%;用乙二醇置换水作为工作介质的平面型IPMC,其非水工作时间得到大幅提升,从150s延长至300s。IPMC电机械输出性能的提升和非水工作时间的延长对于IPMC在驱动领域的进一步应用开发具有重要意义。
文摘压电纤维复合物在驱动、传感、结构健康检测等领域具有广泛应用,研究压电纤维复合物的驱动性能对于压电纤维复合物实际应用具有重要意义。通过实验研究不同驱动电压条件(峰值、频率及偏置)对压电纤维复合物悬臂梁结构顶端位移的影响,探讨悬臂梁基板材料与压电纤维复合物驱动性能的关系,基于欧拉-伯努利梁理论利用悬臂梁顶端位移计算压电纤维复合物的驱动力。结果表明:压电纤维复合物的驱动性能具有明显的迟滞性。悬臂梁顶端位移的大小与驱动电压峰的峰值呈线性关系,且其不仅与驱动电压的峰值有关,还与驱动电压的偏置、频率有关。压电纤维复合物的驱动性能随基板不同而不同,其对刚性铝板的驱动力为5.2 m N,对柔性麦拉膜的驱动力为0.2 m N。
文摘离子聚合物金属复合物(ionic polymer metal composite,IPMC)是一种离子型的电致动聚合物,在低电压驱动下可以产生较大的位移形变,因其柔性好、响应速度快、无噪音、与人类肌肉特性相近等特点,成为仿生驱动材料的较佳选择.针对IPMC材料的输出力进行测试研究,搭建了一套基于美国国家仪器(NI)公司的面向仪器系统的PCI扩展(PCI extensions for instrumentation,PXI)虚拟仪器平台的IPMC力学测试系统,通过LABVIEW开发环境编写了IPMC力测量数据的采集与分析处理软件,通过该系统可以直观得到IPMC输出力变化规律.针对商业离子基膜和自浇铸离子基膜的IPMC进行测试对比分析,得到IPMC材料的输出力变化规律.
