基于壳聚糖凝胶人工肌肉响应特性的研究

摘要

电活性聚合物是一种可以在电场的作用下改变自身的形状以及尺寸的智能材料。随着电活性聚合物性能的提高，其在人工肌肉领域的研究也越来越广泛。电活性聚合物按致动机理可以分为电子型聚合物和离子型聚合物两大类。本文所制备的驱动器属于离子型驱动器的一种，致动膜的材料为壳聚糖，电极膜的材料为碳纳米管。离子型驱动器的驱动电压相较电子型驱动器低，但是其响应速度较慢。本文研究了热处理和直接浇筑两种工艺方法对驱动器的响应性能的改善效果，并探究了京尼平交联过的致动膜对驱动器响应性能的影响规律。
　　通过实验测试，经过热处理的驱动器的响应性能相比未经过热处理的驱动器有一定程度的提升。试验通过短时、多次的方式对驱动器进行热处理，发现随着热处理次数的增加，驱动器的响应性能不断提升。但是当响应性能提升到一定程度后，额外的热处理对驱动器的响应性能不再具有改善效果，并且，随着热处理时间的延长，驱动器的响应性能开始下降。表明有限度的热处理可以有效提升驱动器的响应性能。
　　实验采用直接浇筑工艺对致动膜与电极膜进行装配，通过扫面电子显微镜拍摄的驱动器的显微照片可以证实，直接浇筑工艺增强了驱动器致动膜与电极膜之间的贴合性，致动膜与电极膜之间良好的贴合可以降低其接触电阻。对驱动器导电性能的测试后，发现这种工艺方式可以提升驱动器的导电性能，证实了上述观点。对驱动器响应性能的测试实验表明，采用直接浇注工艺制备的驱动器相比传统的热压贴合工艺所制备驱动器的响应性能提升将近一倍。
　　在京尼平交联致动膜对驱动器响应性能的影响规律的探究实验中，在对比了无交联与使用不同浓度京尼平交联的致动膜所制备驱动器的响应性能后发现，无交联驱动器的响应速度在初始阶段较快，但是随着时间的增加，其响应速度快速衰减，响应速度的稳定性较差；而低浓度京尼平交联的驱动器其响应速度与无交联驱动器大致相等，但其响应速度随时间的增加并无明显衰减；而高浓度京尼平交联的驱动器其响应速度低于无交联驱动器。表明较低浓度的京尼平交联过的致动膜对驱动器响应速度的稳定性有较好的提升，而高浓度交联则降低了驱动器的响应速度。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2聚合物凝胶

1.3国内外研究现状

1.4论文主要研究内容

第2章 壳聚糖凝胶驱动器的制备方法及其性能测试

2.1电驱动器工艺改进分析

2.2驱动器的制备流程

2.3驱动器的测试条件

2.4实验测试和微观结构表征方法

2.5本章小结

第3章 热处理对驱动器响应特性的影响

3.1驱动器样件的制备

3.2热处理对驱动器导电性能的影响

3.3热处理对驱动器响应性能的影响

3.4本章小结

第4章 电极膜与致动膜的装配方式对响应特性的影响

4.1驱动器制备流程

4.2直接浇筑法对驱动器的影响

4.3本章小结

第5章 京尼平交联对驱动器响应特性的影响

5.1驱动器的制备

5.2京尼平交联对驱动器性能的影响

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢