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离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composite,IPMC)是一种新颖的智能材料,它既具备良好的驱动特性,也表现出一定的传感能力,在医疗、仿生和MEMS应用等方面具有广阔的发展前景。本文针对IPMC的基本电学性能进行理论研究和实验验证,主要的研究工作以及研究成果如下:基本力学性能方面:采用化学沉积法制备铂型、银型和添加碳纳米管的IPMC试样,确定其在常温常压下含水率与时间的关系;通过拉伸实验取得各种类型IPMC的弹性模量;通过动态力学性能实验,给出不同频率、不同温度的实验条件下各型IPMC的储存模量、损耗模量等参数,确定IPMC在振动载荷下的动态模量及力学损耗与温度的关系。同时采用EDS方法测定了各型IPMC中的电极分布情况。综合考虑,铂型IPMC的性能较为突出,作为重点进行研究。基本电学性能实验与模型研究方面:使用电化学工作站分别在去离子水和稀硫酸两种溶液中对铂型IPMC试样进行实验,取得其电化学阻抗谱,考察电极和界面对IPMC电学参数的影响;以双电层模型为基础,考虑离子迁移和扩散两种过程,结合电极(铂金属颗粒)在基体中的梯度分布形式,建立起包含表面电阻、扩散层电容、Warburg阻抗等电路元件的电学模型。对比IPMC电学响应实验,结果表明其表面电阻越小,输出电压越高,扩散层电容越大,响应时间越长。电学响应实验与模型研究方面:采用四点弯曲梁提供IPMC弯曲所需的弯矩,考察阶跃激励和正弦激励时的IPMC输出电压情况,得到IPMC灵敏系数(电压/应变)随频率变化曲线。结果表明IPMC电压输出具有明显的延迟现象,且激励频率5Hz附近具有较高的灵敏系数,可达0.35558mV/2000με。由大变形理论给出IPMC弯曲曲率与压力之间的关系,基于不可逆热力学理论建立IPMC内压力与输出电压关系,由此建立IPMC电学响应模型,描述IPMC的弯曲曲率与两表面间输出电压之间的比例关系。研究结果表明:建立的电学响应模型能够较理想得预测IPMC弯曲时两表面间输出电压。正弦周期激励下IPMC电荷输出的实验与模型研究方面:将Kirchhoff-Love板理论应用于IPMC的机械振动。用Poisson-Nernst-Planck模型表示由于时变机械变形引起的IPMC中电荷和电势的变化。研究了在水下激励时IPMC的化学-力-电响应的模型。实验测量在正弦周期激励时IPMC的开路电压和短路电流,由此研究其周期激励信号下的电荷输出变化规律,并与理论值进行对比。测试结果表明,选择合适的负载导纳时,输出功率达到最大值。本文围绕着IPMC的基本电学性能开展基础研究方面的工作,通过理论建模和实验手段,积累IPMC在弯曲状态下的电学响应研究成果,以期推动其功能器件化。本文研究工作是在国家自然科学基金项目“离子聚合物金属复合材料的力学行为研究”(项目批准号:11372132)的资助下完成的。