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宏观碳纳米管薄膜基复合材料及人工肌肉致动器研究

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摘要本论文基于CVD方法直接生长的单壁碳纳米管薄膜,充分利用其优异的电力学性能,制备出了多种复合材料,包括超强多功能复合薄膜及三种高性能人工肌肉致动器:<br>　　 1.采用这种宏观单壁碳纳米管薄膜作为复合骨架,制备了新型高强、自支撑的超薄SWNTF/Epoxy复合薄膜,其厚度及相关的电、力学性能有效可控。连续应变下的原位拉曼光谱表明,微观碳管的力学性能在其中得到了高效发挥。<br>　　 2.基于这种宏观单壁碳纳米管薄膜,制备了一种电场型泵致动器。与传统的电场型致动器相比,这类致动器可工作在低电压(5-20 V)、低电场(1 kV/m)下,并有着2 mm的致动位移、130 ms的快速响应及高达185 Mpa的应力输出。<br>　　 3.采用这种宏观单壁碳纳米管薄膜做为电极层及力学增强体,用热压法制备了一种离子型电力学弯曲致动器,其性能相比传统的离子型电活性聚合物致动器在很多方面都有着数量级的进步,如:更快的离子迁移及位移响应速度(～20 ms对s-min)、更宽的频率使用范围(37.100 Hz对<1:Hz)、极大的应力输出速率1080Mpa/s以及超高的功率输出密度244 W/Kg)等。<br>　　 4.基于这种宏观单壁碳纳米管薄膜拧制的纤维,制备了一种离子型扭转致动器,其旋转速度可达20π rad/s(600 r/min),并能够同时产生1.4%的长度缩短及2.4%左右的解旋度,旋转与提拉输出的功率密度分别可达2 W/Kg和659 W/Kg。