Ионные полимерно-металлические композиты

Ионные полимерно-металлические композиты ( IPMC ) представляют собой синтетические композитные наноматериалы, которые демонстрируют поведение искусственных мышц под приложенным напряжением или электрическим полем. IPMC состоят из ионного полимера, такого как Нафион или Флемион , поверхности которого химически или физически покрыты проводниками, такими как платина или золото. Под действием приложенного напряжения (1–5 В для типичных образцов размером 10 × 40 × 0,2 мм ) миграция и перераспределение ионов за счет приложенного напряжения поперек полоски ИПМК приводят к изгибной деформации. Также ИПМК могут представлять собой ионный гидрогель, который погружают в раствор электролита и косвенно подключают к электрическому полю. ^{[ 2 ]}

Если плакированные электроды расположены в несимметричной конфигурации, приложенное напряжение может вызвать различные деформации, такие как скручивание, перекатывание, кручение, поворот, вращение, вращение и несимметричную деформацию изгиба. Альтернативно, если такие деформации физически применить к полоскам IPMC, они генерируют сигнал выходного напряжения (несколько милливольт для типичных небольших образцов) в качестве датчиков и сборщиков энергии. IPMCs представляют собой тип электроактивного полимера . Они очень хорошо работают как в жидкой среде, так и на воздухе. Они имеют плотность силы около 40 в консольной конфигурации, что означает, что они могут генерировать силу на кончике, почти в 40 раз превышающую их собственный вес в консольном режиме. IPMC при срабатывании, распознавании и сборе энергии имеют очень широкую полосу пропускания до килогерц и выше. IPMC были впервые представлены в 1998 году Шахинпуром, Бар-Коэном, Сюэ, Симпсоном и Смитом (см. ссылки ниже), но первоначальная идея ионных полимерных приводов и датчиков восходит к 1992-93 годам Адольфа, Шахинпура, Сигалмана, Витковски, Осады, Окудзаки, Хори, Дои, Мацумото, Хиросе, Огуро, Такенака, Асака и Кавами в роли изображено ниже:

1-Сегалман Д.Д., Витковски В.Р., Адольф Д.Б., Шахинпур М., «Теория и применение электрически управляемых полимерных гелей», Int. Журнал умных материалов и структур, том. 1, стр. 95–100, (1992)
2-Шахинпур М., «Концептуальный дизайн, кинематика и динамика плавательных робототехнических конструкций с использованием ионных полимерных гелевых мышц», Int. Журнал умных материалов и структур, том 1, стр. 91–94 (1992).
3-й. Осада, Х. Окудзаки и Х. Хори, «Полимерный гель с электроприводной подвижностью», Nature, vol. 355, стр. 242–244, (1992).
4-Огуро К., Кавами Й. и Такенака Х., «Изгиб ионопроводящего полимерного пленочного электродного композита под действием электрического стимула при низком напряжении», Trans. J. Общество микромашин, том. 5, стр. 27–30 (1992).
5-М. Дой, М. Марсумото и Ю. Хиросе, «Деформация ионных гелей электрическими полями», Macromolecules, vol. 25, стр. 5504–5511, (1992).
6-Огуро К., К. Асака и Х. Такенака, «Привод полимерной пленки, приводимый в действие низким напряжением», В материалах 4-го Международного симпозиума по микромашинам и гуманитарным наукам», Нагоя, стр. 38–40, ( 1993)
7. Адольф Д., Шахинпур М., Сигалман Д., Витковски В., «Электрически управляемые полимерные гелевые приводы», Патентное ведомство США, патент США № 5250167, выдан 5 октября (1993 г.).
8-Огуро К., Кавами Й. и Такенака Х., «Элемент привода», Патентное ведомство США, Патент США №. 5 268 082, выдано 7 декабря (1993 г.)

За этими патентами последовали дополнительные соответствующие патенты:

9-Шахинпур, М., «Пружинный линейный привод с ионным полимерным гелем», Патентное ведомство США, патент США № 5,389,222, выдан 14 февраля (1995 г.).
10. Шахинпур М. и Моджаррад М. «Мягкие приводы и искусственные мышцы», Патентное ведомство США, патент США № 6,109,852, выдан 29 августа (2000 г.).
11-Шахинпур, М. и Моджаррад, М., «Ионные полимерные датчики и приводы», Патентное ведомство США, № 6,475,639, выдано 5 ноября (2002 г.).
12-Шахинпур М. и Ким К.Дж., «Метод изготовления сухих электроактивных полимерных синтетических мышц», Патентное бюро США, патент № 7 276 090, выдан 2 октября (2007 г.).
Следует также упомянуть, что Танака, Нисио и Сан представили явление коллапса ионного геля в электрическом поле:
13-Т. Танака, И. Нисио и С.Т. Сан, «Коллапс гелей в электрическом поле», Science, vol. 218, стр. 467–469 (1982).

Следует также упомянуть, что Хамлен, Кент и Шафер ввели электрохимическое сжатие ионных полимерных волокон:

14-RP Хамлен, К. Э. Кент и С. Н. Шафер, «Электролитически активируемый сократительный полимер», Nature, vol. 206, нет. 4989, стр. 1140–1141, (1965).

Следует также отдать должное Дарвину Г. Колдуэллу и Полу М. Тейлору за ранние работы по химически стимулированным гелям в качестве искусственных мышц:

15-Дарвин Г. Колдуэлл и Пол М. Тейлор, «Химически стимулированная псевдомышечная активация», Международный журнал инженерных наук, том 28, выпуск 8, стр. 797–808, (1990).

Ссылки

^ Набор ионных полимерно-металлических композитов (IPMC), редактор: Мохсен Шахинпур, Королевское химическое общество, Кембридж, 2016, https://pubs.rsc.org/en/content/ebook/978-1-78262-720-3
^ Дуань, Сянъюй; Чжу, Ясюнь; Чжэн, Ляо, Цихуа, Юкунь; Хэ, Цзыпань, Ян; Ван, Цюй, Лянти; для «Крупномасштабный подход к производству вязаного гидрогелевого волокна . » роботов мягких 11): 14929–14938. doi : 10.1021/acsnano.0c04382 . ISSN 1936-0851 . PMID 33073577. ( S2CID 224780407 .

Внешние ссылки

ХАВВАФ, Джасим и др. Надежное отслеживающее управление приводом IPMC с использованием режима несингулярного скольжения клемм. Умные материалы и конструкции, 2017, 26.9:095042.

[1] Набор ионных полимерно-металлических композитов (IPMC), редактор: Мохсен Шахинпур, Королевское химическое общество, Кембридж, 2016, https://pubs.rsc.org/en/content/ebook/978-1-78262-720-3

[2] Дуань, Сянъюй; Чжу, Ясюнь; Чжэн, Ляо, Цихуа, Юкунь; Хэ, Цзыпань, Ян; Ван, Цюй, Лянти; для «Крупномасштабный подход к производству вязаного гидрогелевого волокна . » роботов мягких 11): 14929–14938. doi : 10.1021/acsnano.0c04382 . ISSN 1936-0851 . PMID 33073577. ( S2CID 224780407 .

[ 1 ]

[ 2 ]