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离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composite,IPMC)是一种新型智能材料,优点诸多,能够作为致动器和传感器,在仿生、航空航天等很多领域的应用潜力巨大。本文针对IPMC的制备、力电耦合等问题,开展了IPMC的材料制备工艺、等效电路模型以及力-电耦合关系等研究。本文的主要研究工作如下:一、在IPMC制备工艺研究方面,采用溶液-浇铸法制备了无掺杂离子交换膜;采用温度控制法制备了Pt型IPMC。对制备试样进行了表征,获得了IPMC的微观形貌特征;对试样进行电致动测试,测量无掺杂IPMC在不同幅值、频率和信号类型的电压驱动下的位移输出,得到IPMC致动变形与电压的幅值、频率和信号类型之间的关系。二、在等效电路模型方面,根据IPMC电致动中金属外电极、离子交换膜内部离子迁移、电极之间的各类电化学反应等特点,构建了Pt-IPMC的RC分布式等效电路模型,涵盖了表面电阻、极间电阻和极间电容等四个电学参量,并搭建了电学参量的测试系统;测量不同尺寸IPMC的电学参量,利用PSIM电路仿真软件,代入不同尺寸IPMC测得的电学参量进行仿真,通过对比电流实验和电流仿真的特征值,判断不同尺寸电学参量的准确性,发现并证明电学参量的尺寸效应。结果表明,IPMC试样的电学参量具有尺寸效应,在宽度相同、长度不同的情况下,内部电学参量随着长度的增加而减小,且减小的速度变缓;通过对IPMC的尺寸影响进行修正,实验与仿真之间的误差可以减到10%。三、在力-电耦合关系研究方面,根据IPMC驱动变形的特点,选取最大变形处为研究目标,建立几何坐标,推导分布电压表达式,建立了弯曲曲率与分布电压之间的线性耦合关系;分别对Pt-IPMC和Ag-IPMC两种不同金属电极IPMC进行模型验证,对比实验结果和模型预测结果,结果表明,该力-电耦合模型能较好地预测IPMC的弯曲变形响应,具有一定的准确性和适用性。本文在IPMC制备工艺方面的探索,为IPMC成型技术提供了有益的基础。对IPMC等效电路模型和力-电耦合关系等方面的研究,为其后续的力-电耦合机理研究以及工程实际应用提供了必要的理论依据和研究基础。