文 献 综 述
电活性智能聚合物的发展历史
电活性聚合物的起源可以追溯到19世纪80年代,电活性聚合物(EAP)的机电响应现象首次被发现。其独特的电化学、化学性质引起了研究者的关注[1],20年后有人将场致应变的规律总结成公式。上世纪20年代压电聚合物的发现,科学家首次研究了包括硬橡皮、赛璐珞等各种绝缘体的压电性,是电活性聚合物发展史的重要里程碑[2]。40年代末,人们发现了化学活性聚合物,例如胶原质丝浸泡在酸或碱溶液中时,可以可逆伸缩。但是,关于“化学-机械”的驱动器却很少有人研究,直到仿生肌肉用合成聚合物发展起来[3]。随着电激励技术的发展,人们开始关注EAP材料。1969年发现PVDF具有压电行为后,科学家开始挖掘其它聚合物体系,一系列的EAP材料应运而生。
近20年来,随着各类相关课题的不断研究,这种智能材料理论框架也逐渐趋于完善,各类的新型材料原理也有了具体的突破;下面着重介绍电活性聚合物的理论、现状。
电活性聚合物理论和机理
一、能量转换原理——机电耦合性能
电活性聚合物的机电耦合性能是指压电材料的正、逆压电效应。实验中,将柔性电极涂在电活性聚合物弹性材料的上、下表面而形成具有麦克斯韦压电效应的新型压电材料,以实现电能与机械能的相互转换。电活性聚合物发电的本质为可变电容发电,当施加在电活性聚合物两端电压产生的电场力大于材料内部的弹性力时,电能转换成机械能,呈现出正压电效应;当弹性恢复力大于电场力时,机械能转换为电能,呈现出逆压电效应;在逆压电效应及外加机械力的作用下,从而使电活性聚合物可实现机械能向电能的转换[4]。
二、两种作用机理
按照作用机理的不同,电活性聚合物(EAP)主要分为两大类,电子型EAP和离子型EAP。
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