【摘 要】
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离子聚合物-金属复合材料（IPMC）是一种兼具有低压驱动和传感特性的有前途和代表性的软智能材料。近年来电极界面对IPMC性能的重要性得到了科研人员的普遍认同,他们通过各种简化的周期性曲线、分形准随机轮廓等对IPMC界面进行表征,从物理建模到实验验证探讨粗糙界面对其性能的影响。然而,尚无一个较为简单且准确的模型可以描述界面面积、去除体积和转动惯量的耦合效应对其性能的影响。基于此本文主要工作如下:首先
【基金项目】
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学术新人提升计划B项目:单层电极离子型电致动聚合物复杂变形及其多场耦合机理（No.JZ2020HGTB0013）； 国家自然科学基金:吸声特性可调的IPMC周期性低频吸声结构换能机理及优化设计与调控（No.52075140）；
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离子聚合物-金属复合材料（IPMC）是一种兼具有低压驱动和传感特性的有前途和代表性的软智能材料。近年来电极界面对IPMC性能的重要性得到了科研人员的普遍认同,他们通过各种简化的周期性曲线、分形准随机轮廓等对IPMC界面进行表征,从物理建模到实验验证探讨粗糙界面对其性能的影响。然而,尚无一个较为简单且准确的模型可以描述界面面积、去除体积和转动惯量的耦合效应对其性能的影响。基于此本文主要工作如下:首先设计简易界面IPMC宏观形貌,并建立电化学场模型,并通过区分弯曲方向对结果进行分析。正向弯曲过程中界面面积的增加会促进IPMC内部水分子向阴极的迁移,而去除体积则会抑制水分子向阴极的移动。而在反向弯曲过程中由于阳极为界面面积较小的平电极,因此在水分子向界面面积较大的阴极迁移的过程中,随着界面面积的增加,水分子的平均分布减小,而去除体积的增加,对水分子向阴极的移动却是有利的。接着在电化学场的基础上引入了机械场,建立了IPMC电致动模型。结果表明,在正向弯曲时,当界面面积和去除体积在一定范围内增加时,IPMC变形能力增强,而在反向弯曲中,若界面面积不断增加就会抑制IPMC的变形。最后在此基础上进行了初步的实验验证,结果表明锯齿形界面IPMC电化学和机电性能要优于未糙化的IPMC。SEM扫描图也表明了刀切糙化的样片切口附近可形成接合面良好的金电极界面。
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