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离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composite,IPMC)是一种新型的电活性聚合物材料,具有驱动电压低,响应迅速,弯曲位移大等优点。但是现有的IPMC依旧存在工作时间短,输出力小的缺点限制了其应用范围。本文从IPMC基底膜的优化入手,宏观上改进IPMC的几何结构,提高IPMC的输出力;微观上改进IPMC内部结构,同时对工作介质进行优化,延长工作时间。同时研究了一种对宏观三维结构IPMC建模的方法,并对其进行仿真,与实验结果交叉验证。具体工作如下:(1)制备了五种具有梯度结构的IPMC,其一为均匀厚度0.33 mm,其余四种厚度变化分别为0.27~0.39 mm、0.21~0.45 mm、0.15~0.51 mm、0.1~0.56 mm。对梯度结构IPMC进行性能测试后发现,IPMC的输出力和位移随着其梯度的增加有一个先增加后减小的趋势;厚度为0.27~0.39 mm和0.21~0.45 mm的IPMC比等厚度IPMC输出位移分别提高10%和5%,输出力提高了35%和10%。(2)研究了一种对宏观三维结构IPMC建模的方法。基于梯度结构IPMC的实验数据设定模型中的参数,并采用第二类压电方程对多种梯度结构IPMC的输出性能进行仿真计算。将仿真结果平滑处理及与实验结果进行交叉验证后,得出结论:在IPMC平均厚度恒定为0.33 mm的情况下,厚度差在0.11 mm时,输出性能最优。(3)制备了两种多孔结构IPMC,其内部具有直径约为60μm的细孔有利于黏度较大的工作介质迁移。对离子液体化学性质进行分析后,选择了电化学窗口宽(3.8 V)、黏度小(18 mPa·s)的硫氰化甲基咪溶液取代LiCl溶液作为IPMC的工作介质并进行实验测试。实验结果表明:离子液型IPMC的最大位移在工作1 h内无明显衰减,有效工作时间显著高于传统IPMC且最大位移可以达到2.4 mm。