电活性聚合物致动器的优点和应用

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聚合物是由长链连接在一起的重复单元（称为单体）的大分子。由于其有趣的性能，聚合物用于各种应用，例如建筑材料，汽车部件，塑料和衣服。亚博网站下载

电活性聚合物（EAP）是一种柔性弹性聚合物（弹性体），当由电场刺激时，变化尺寸或形状^1，2．换句话说，施加电压并弯曲，合同或展开。

一般来说，EAPS通过它们的激活方式进行分类：电子或离子。电子EAPS包括电伸缩弹性体和介电电活性聚合物（DEAP），而离子EAP的实例是离子聚合物 - 金属复合物（IPMC）。

在电子EAP中，电场将库仑吸引力应用于电极。这导致压缩力引起的尺寸和形状的变化。与离子EAPS，移动性和离子的扩散改变了形状^3.．

EAP材亚博网站下载料特别适用于执行器 - 用于移动或控制机制的组件。例如，一种励磁类型的离子EAP是离子聚合物 - 金属复合物（IPMC）^3.．这是很有前途的，因为低电压可以用来获得大的弯曲应变。电场作用于聚合物膜的一侧，迫使离子移到这一侧。膜只在这一侧膨胀，导致执行器弯曲。

作为一个例子，这些执行器可以用于移动飞机机翼的副翼，导致它转动^4.．

EAP驱动器可用于替换飞机机翼上的重型部件。图片来源:GuoZhongHua /Shutterstock.com

亚博网站下载电活性聚合物的材料和结构

与过去的电活性聚合物不同，今天的例子是强大，稳健和高效的。这归功于用于开发它们的材料，以及制造方法的突亚博网站下载破。例如，上述IPMC可以在低电压下产生显着的力。

然而，早期版本缓慢，并且只能在几个电压循环中存活，因为化学反应打破了聚合物^5.．该领域的进展意味着科学家和工程师现在可以用高度稳定和导电离子液体电解质制造IPMC，使离子迅速流入穿过中空管穿过空心管的鲁棒纤维^5.．

用于构建亚博网站下载EAP执行器的材料和方法取决于所讨论的EAP的类型。对于IPMC，通常使用两种类型的基础聚合物：Nafion®，例如使用格劳等人。^4.那和Flemion®。聚合物膜的两侧分别镀上Pt或Au电极。这些贵金属提供了最好的导电性和电化学稳定性^6.，因此是理想的许多应用程序。膜中含有以水为溶剂的钠⁺或李⁺聚合物中固定的阴离子基团平衡的阳离子^3.．

格劳等等。还使用了从Ossilla购买的阴影罩和从EMD性能材料集团购买的有机薄膜晶体管材料(lisicon®SP400和lisicon®M001)。亚博网站下载他们使用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(BMI-BF4)作为离子液体。他们方法的完整描述可以在参考文献中看到^4.以下。参考文献给出了制造EAP膜的一般方法^7.．

相反，典型的介电电活性聚合物（DEAP） - 一种电子EAP - 包括放置在两个电极之间的介电弹性体膜组成。当施加电场时，膜压缩和拉伸，导致材料改变形状^8.．

EAPS的好处和应用

特别是，ipmc的优点是在低电压下可以实现大的机电弯曲^9.他们的柔和柔软的结构。这使它们可以模拟生物肌肉的运动，并用于水性环境^10,11.．

deap的典型优点包括低弹性刚度和高介电常数、大变形、大能量约定效率、轻量化和低噪声^8.．

优点也可以根据所使用的材料和方法以及供应商而有所不同。亚博网站下载例如，Parker Hannifin表示，与传统技术相比，他们的EAP技术提供了多种优势。他们引用超级电力消耗，10倍的额外电池寿命，静音操作和可伸缩的聚合物，致动器的工作应变高达20％。

另一方面，Arkema开发了特种氟化EAP（三元共聚物），具有储存大量能量的能力，吹嘘尺寸或形状的更大变化^12.．各种公司制造EAPS¹，所以在选择供应商之前一定要做好调查。

EAP执行器的应用众多。他们在生物工程应用中的软生物仿生致动器中获得了相当大的关注，如人造肌肉和有源导管。

由于其电极的稳定性（使用贵金属Pt或Au），它们也可用于水下机器人应用和水生推进器，其中耐腐蚀性和快速执行器反应很重要^3.．

DEAP执行器具有声音应用中的电位，例如声音产生，以及扬声器中的噪声和振动控制^8.．

参考和进一步阅读

1. 电活性聚合物执行器和传感器 - 类型，应用，新的发展，行业结构和全球市场，创新研究和产品公司2013年
2. 电活性聚合物作为人工肌肉-现实与挑战(2001)，第四十二宗诉讼的程序^ndAIAA结构，结构动力学和材料会议（SDM），亚博网站下载Gossamer Spacocraft Forum（GSF），于4月16日至19日在西雅图举行
3. 用于离子聚合物 - 金属复合人工肌肉，Palmre等人的纳皮电极，科学报告,2014年那DOI: 10.1038 / srep06176
4. 使用纸型电活性聚合物致动器和有机离子凝胶晶体管，Grau等，印刷无人驾驶飞行器，微系统和纳米工程那2016年那DOI: 10.1038 / micronano.2016.32
5. 电活性聚合物：由电活性聚合物制成的人工肌肉赋予生物医学和机器人装置的寿命运动，Gregory T. Huang，麻省理工学院技术评论那2002年
6. 离子聚合物金属复合结构的理解状态：综述，Tiwari等，聪明的母亲。结构体。2011年那DOI：10.1088 / 0964-1726 / 20/8/083001
7. 准备程序:离子交换聚合物金属复合膜(IPMC)，Keisuke Oguro，全球电活性聚合物（EAP）WebHub
8. 介质电活性聚合物作动器在声学和振动控制中的应用综述，赵等，物理学杂志那2016年那1742 - 6596/744/1/012162 DOI: 10.1088 /
9. 离子聚合物-金属复合驱动器及其建模与应用的最新进展，Jo等，Prog。聚合物。SCI。2013年那DOI：10.1016 / J.Progpolymsci.2013.04.003
10. 利用电活性聚合物(EAP)作为人工肌肉的仿生技术-综述，Bar-Cohen等，放置板牙。2006年
11. 基于离子聚合物金属复合致动器的仿生水母机器人，Yeom等人，聪明的母亲。结构体。2009年那DOI：10.1088 / 0964-1726 / 18/8/ 085002
12. Arkema收购了PieZoTech启动公司，并加快了未来氟化材料的发展 - Arkema新闻，亚博网站下载2010年

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