【摘 要】
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近年来,随着新材料的研发,特别是导电聚合物的出现为开发柔性驱动器及人工肌肉提供了材料平台。迄今为止,基于导电聚合物的柔性驱动器可用于仿生学、生物医学、智能纺织品、微驱动器和其它功能应用领域。与其它导电聚合物相比,聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）具有较高的导电性和化学稳定性,更低的密度,PEDOT与聚苯乙烯磺酸盐（PSS）结合后,进一步提高了其溶解性、亲水性、可加工性和柔韧性等性能,使其在柔
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近年来,随着新材料的研发,特别是导电聚合物的出现为开发柔性驱动器及人工肌肉提供了材料平台。迄今为止,基于导电聚合物的柔性驱动器可用于仿生学、生物医学、智能纺织品、微驱动器和其它功能应用领域。与其它导电聚合物相比,聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）具有较高的导电性和化学稳定性,更低的密度,PEDOT与聚苯乙烯磺酸盐（PSS）结合后,进一步提高了其溶解性、亲水性、可加工性和柔韧性等性能,使其在柔性驱动器的应用中更具有优势。聚（3,4-乙烯二氧噻吩）:聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）被认为是导电性较好的导电聚合物之一,是制备柔性驱动器电极的理想材料。然而,目前基于PEDOT:PSS的柔性电化学驱动器普遍存在应变小、输出力小和成本高等问题。为解决上述问题,本文基于PEDOT:PSS材料制备了一种低电压、大应变的柔性驱动器,并展示了其应用。主要研究内容及结果如下:（1）PEDOT:PSS材料具有较高的导电性,但是其电容特性并不突出,为此,选择高电容材料作为掺杂剂是提升其电容的一种方法。导电聚苯胺不仅具有较好的导电性和电化学性能,而且其本身还具有优良的电容特性。针对驱动器对柔性材料电容量的需求,采用掺杂方法提高了PEDOT:PSS的电容量,研究了掺杂量对电容量的影响。研究结果表明,当电极层中聚苯胺含量为6%时,电极具有较高的电导率（1250 S/cm）,在1 V电压,0.1 Hz条件下,该驱动器的最大应变（1.49%）相较于纯PEDOT:PSS驱动器应变（0.7%）而言,最大应变提高了2倍,驱动器的质量电容提高了1.4倍（原始电容3.5 F/g）且最大输出力为1.35 mN,在空气中工作5000个周期后的位移仍然可以保持初始状态的99%以上。（2）在电化学驱动中,驱动器的弯曲位移是通过电解质中的离子迁移运动实现的,离子液体在导电聚合物驱动器中起着重要的作用,研究了离子液体中的阴阳离子对电极薄膜导电性及驱动器驱动性能的影响。结果发现,使用离子液体EMIMTFS作为电解质时,电极的电导率可达1050 S/cm;在1 V,0.1 Hz条件下,驱动器最大弯曲位移为5.9 mm,其机械性能的提升较为显著,输出力最大可提高至1.1 mN（原始输出力为0.85 mN）;驱动器的质量电容可以达到4.2 F/g。（3）研究了驱动器尺寸对驱动性能的影响,研究结果发现,尺寸为40×5mm~2的长条驱动器运行最为稳定。利用柔性驱动器设计了一种三爪软体抓手,研究了不同尺寸抓手抓取重物的能力;驱动器的电极表面具有较高的导电性,将软体驱动器应用于柔性电路作为开关控制器,控制电路信号通断;通过集成设计,制作阵列结构柔性驱动器,可以模拟手指实现手机上钢琴键按压,演奏出音乐。
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