何青松博士答辩

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何青松博士答辩

发布时间:2015-06-11浏览次数:2697作者:来源:机电学院供图:审核:

答辩博士：何青松

指导教师：戴振东教授

论文题目：IPMC人工肌肉界面与材料设计、力电建模及仿生应用研究

答辩委员会：

主席：赵淳生教授/博导南京航空航天大学

委员：胡征教授/博导南京大学

宋爱国教授/博导东南大学

裘进浩教授/博导南京航空航天大学

朱如鹏教授/博导南京航空航天大学

陈卫东研究员/博导南京航空航天大学

戴振东教授/博导南京航空航天大学

秘书：王文波副研究员/硕导南京航空航天大学

答辩时间：2015年6月13日8:30-12:00

地点：南航明故宫校区A3-318

学位论文简介：

驱动技术是机械系统进步的重要标志。本论文研究IPMC人工肌肉的界面与材料设计、力电模型建立、仿壁虎脚趾应用和驱动-黏附一体化器件。论文的主要工作如下：

（1）研究了聚合物膜与电极界面微纳米织构对IPMC性能的影响，发现大的交界表面积有利于提升IPMC驱动性能，这是由于大的交界面积产生大的电双层电容。较喷砂处理IPMC，综合表面处理IPMC的输出力、位移和电流分别增加4.39，2.35和1.87倍，有效空气作动时间延长5倍。

（2）成功制备了一种新型的离子聚合物金属-碳纳米管复合物（IPMCC）驱动器，将碳纳米管（MWCNT），铂（Pt），钯（Pd）沉积至Nafion薄膜表面作为复合电极。MWCNT填充金属镀层表面的裂缝，阻止纳米铂颗粒的氧化，保证了电极的稳定性。建立了考虑泄漏电流的电学模型，可以预测出不同电压激励下通过IPMCC的非线性电流特征。

（3）研制了一种由离子型电解质层夹层于两侧的石墨烯薄膜电极热压而成的新型离子型电致动聚合物。该离子型驱动器显示了较高的电容特性以及稳定的弯曲应变。相关分析揭示了该性能提升的物理化学机制。

（4）采用IPMC人工肌肉的主动驱动技术模仿壁虎脚趾的运动，控制人工黏附阵列黏附、脱附，研制了主动分布式驱动的仿生黏附器件。

主要创新点如下：

1.研究了微纳米多级界面织构对IPMC人工肌肉的影响。该界面设计获得了大的聚合物-电极交界表面积，增大了IPMC的电双层电容，提高了IPMC人工肌肉的驱动性能。

2.采用化学镀和电泳沉积制备了MWCNT-Pt-Pd复合电极。MWCNT填充了金属电极之间的裂缝，阻止纳米铂颗粒的氧化，保持了电极的表面电阻和稳定性，保持了人工肌肉的输出性能，为IPMC人工肌肉的应用打下坚实基础。

3.首次将碳纳米管增强IPMC人工肌肉与研制的仿壁虎黏附阵列键合在一起作为仿壁虎脚趾，并研究了IPMC人工肌肉驱动碳纳米管-聚合物黏附阵列的特性，实现了驱动-结构一体化，可用于仿壁虎机器人的分布式肌肉驱动。

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