【摘 要】
:
柔性驱动器是一种能将外界刺激(光、电、热等)转换为机械能的智能柔性执行器件,它打破了现有动力元件僵硬外壳的传统设定,在软体机器人、微型驱动器以及智能纺织品等领域有着广泛的应用前景。介电弹性体材料,又被称为“人工肌肉”,它能在外电场作用下产生应变,基于介电弹性体材料设计的智能柔性驱动器件因其拥有变形大、成本低、质量轻、制备简单、高机电耦合效率(约90%)、响应迅速等优异性能而备受关注。然而,当下的介
论文部分内容阅读
柔性驱动器是一种能将外界刺激(光、电、热等)转换为机械能的智能柔性执行器件,它打破了现有动力元件僵硬外壳的传统设定,在软体机器人、微型驱动器以及智能纺织品等领域有着广泛的应用前景。介电弹性体材料,又被称为“人工肌肉”,它能在外电场作用下产生应变,基于介电弹性体材料设计的智能柔性驱动器件因其拥有变形大、成本低、质量轻、制备简单、高机电耦合效率(约90%)、响应迅速等优异性能而备受关注。然而,当下的介电弹性体驱动器仍面临驱动电压大以及变形小的问题。从介电弹性体的驱动机理出发,降低驱动器的驱动电压以及提升驱动器的电致变形最行之有效的方法是降低弹性模量以及提高介电常数。本课题选取聚氨酯介电弹性体作为驱动器基体材料,通过在聚氨酯基体中掺杂增塑剂以及纳米导电填料来降低材料弹性模量、提升介电常数。对制备得到的介电弹性体薄膜进行力学、介电、电致变形等性能的表征分析,结果表明均具有良好的机电性能。最后将聚四氟乙烯(PTFE)织物与性能最优的介电弹性体薄膜驱动器相结合,制备了纺织基介电弹性体柔性驱动器。主要研究内容及成果如下:首先制备了甘油-热塑性聚氨酯介电弹性体复合材料并对其性能进行了测试研究。将小分子的甘油作为增塑剂掺杂到热塑性聚氨酯基体中,探究不同质量分数的甘油掺杂到热塑性聚氨酯基体后,介电弹性体复合材料内部氢键的变化以及甘油的加入对聚氨酯的力学、介电以及电致变形性能所造成的影响。甘油的加入不仅降低了介电弹性体薄膜的弹性模量,还因为其重塑了聚氨酯分子链的氢键结构,提升了聚氨酯复合材料的偶极极化以及界面极化能力,进而提升了介电常数;最终该介电弹性体材料通过降低弹性模量以及提升介电常数的双重耦合作用达到提升电致变形性能的效果。结果表明:添加甘油质量分数为30%的介电弹性体复合材料在23.30 k V/mm的电场下的电致应变值可达9.24%,这比相同电场下纯聚氨酯(0.83%)的电致应变值提升了约1000%。然后制备了功能化石墨烯-热塑性聚氨酯介电弹性体复合材料并对其性能进行了测试研究。选取纳米导电填料中的石墨烯作为功能填料掺杂到聚氨酯基体中,用于提升介电弹性体薄膜的介电性能以及电致变形性能。针对石墨烯填料在聚合物基底中分散性差的问题,利用在氧化石墨烯表面接枝超支化聚芳酰胺的方式来提高其分散性以及介电性能。此外,将接枝成功的功能化石墨烯导电填料以不同比例掺杂到聚氨酯基体中,制备了功能化石墨烯-聚氨酯介电弹性体薄膜,并对该薄膜的力学、介电及电致变形性能等进行研究。结果表明:添加导电填料质量分数为3%时的介电弹性体薄膜在22.80 k V/mm的电场下的电致应变值可达16.29%,约为同电场下纯聚氨酯的电致应变值(~0.80%)的20.36倍。最后,选取最优的介电弹性体薄膜材料与PTFE织物复合,制备了一种长条状的柔性驱动器,并成功实现了两种形式的弯曲。
其他文献
三维编织复合材料具有结构完整性,以及较高的抗分层与损伤容限能力,广泛应用于航空航天、兵器工业等领域。复合材料在长期服役中易产生结构损伤,通过健康监测方法可检测损伤发生与扩展,提高结构件安全性。碳纤维复合材料具有良好的导电性,利用自身电阻/电势变化实现自感应损伤监测。本文结合通道导电模型与经典梁理论,建立三点弯曲下力电模型,研究三点弯曲准静态加载和弯-弯疲劳加载下,三维编织碳纤维/环氧树脂复合材料电
妊娠期间严重的恶心、呕吐被称为妊娠恶阻,为常见妊娠病。西医治疗妊娠恶阻的方法较为单一,因止呕药或对胎儿造成不确定的影响而很少应用,一线治疗原则没有针对胎儿发育的治疗目的,仅为营养支持,纠正体内脱水、电解质紊乱等情况。中医治疗妊娠恶阻从人体阴阳平衡出发,顾护母体与胎元的健康,其中腧穴治疗妊娠恶阻效果显著。近年来,腧穴的选择逐渐多样化,具有止呕及安胎作用的单一腧穴或穴位组得到发展。此文从中医止呕、安胎
妊娠期间具有“血感不足,气易偏盛”的特点,怀孕后体内阴血下聚养胎,导致体内阴血不足,无力摄纳肝阳,肝阳上亢,易挟冲脉之气上逆犯胃,加之妇女妊娠期间情绪波动较大,肝气郁结,气郁化火,更易导致妊娠恶阻的发生。卫爱武教授治疗本病立足于肝胃不和,胃失和降之病机,以抑肝和胃、降逆止呕为原则,选用加味温胆汤合香砂六君子汤加减化裁。在止呕的同时不忘固肾安胎,强调治病与安胎并举,通过中西医结合,内外同治的方法,结
随着现代生活水平的提高,人们对纺织品的需求早已不局限于良好的舒适度,对其功能性的要求也逐渐提高,如吸湿快干、抗菌除臭、免烫等功能纺织品深受人们的青睐。传统纺织纤维的尺寸为微米级以上,限制了部分功能的进一步提升。静电纺丝技术由于操作简单,且制得的微纳米纤维具有较高的比表面积和孔隙率,被广泛运用于过滤、生物医学、纺织等领域。同时,目前关于静电纺丝微纳米纤维和传统纺织纤维相结合制备得到功能性纺织品的研究
聚乙烯醇(PVA)是一种亲水性强且机械性能良好的高分子,常被用于制备薄膜和纤维。木质素是自然界仅次于纤维素、来源最广泛的天然高分子材料,其常在合成纤维的制备中被用作填料。相关研究表明,木质素能有效增强PVA纤维,然而,木质素无规则的化学结构和天然的疏水性使其与PVA的相容性较差,从而导致木质素基增强纤维的机械性能无法得到有效提升。凝胶纺丝能提高复合纤维的牵伸倍数,提高大分子链的规整性,是制备高强高
太阳辐射能通过相变蓄热技术即相变材料(Phase Change Material,PCM)在蓄热装置中发生相变将热量储存于蓄热装置中,从而解决了太阳能间歇性、不稳定性的问题。蓄热装置结构的优劣往往可以决定装置的蓄/放热性能,蓄热装置主要分为分散式与整体式,整体式相变蓄热装置因其单位体积蓄热量大、PCM不易泄露、加工工艺简单等优势成为国内外目前研究的重点。为提高整体式蓄热装置的蓄/放热性能,本文对恒
全球范围内对能源的需求及消耗量日益增加,导致能源短缺问题频发,碳排放量居高不下。同时,随着我国碳达峰、碳中和目标的提出,如何减少能源浪费、提高能源利用效率成为当务之急。在建筑保温、工业生产、管道运输、建材工业、化工冶金、高温催化等领域,利用隔热材料可以有效减少热能的无效耗散,能够很大程度上起到节约热能、提高能源利用率的作用。因此,关于隔热材料的开发一直是工业界和学术界研究的热点问题。现有隔热材料中
近年来,随着电化学及微生物技术的进步,由电能驱动的微生物电合成系统成为固定CO2的新手段,在化工生产、能源转化和碳减排方面受到广泛关注。在概述微生物电合成系统基本原理的基础上,综述了系统阴极材料、操作条件以及还原产物3个方面的研究进展,同时还强调了微生物电合成技术在固碳机理、产能提升等方面的研究瓶颈。考虑到该系统的固碳潜力,未来应专注于对其固碳机理的研究,并通过开发高效固碳微生物、优化操作条件以及
履带式消防车因其高机动性、出色的通过性常服役于易发生森林火灾的原始森林中,在山丘、沟壑等特殊地势环境下可以轻松通行。某履带式消防车除具有灭火功能外,还具有清障作用,用于清理火灾现场的断树、土石等障碍物,便于其它消防车迅速通过并执行任务。限于动力舱布局的局限性,传统的平行轴式取力装置已经不能满足需求,无法布置于动力舱之内,必须开发一种新型的垂直轴式取力装置。对此,本文采用绿色设计和虚拟设计深度融合的
静电纺丝是制备微纳米纤维最为高效的技术之一,其制品被广泛应用在空气过滤、生物医用、纺织服装等领域,具有极大的应用价值。但是传统的单针头静电纺丝技术制备纤维的效率极低,难以满足产业化要求;而无针式静电纺丝技术是实现静电纺纤维膜宏量制备最有效的途径。为了在提高静电纺纤维产量的同时,进一步降低纤维直径,本文提出了一种新型无针式曲边碟形静电纺丝喷头,通过提高喷头出丝部位的电场强度降低纤维直径并实现纤维的宏