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Microelectro-mechanics of ionic polymeric gels as artificial muscles for robotic applications

离子键合 人工肌肉 聚电解质 肿胀 的 材料科学 电场 离子强度 电容 水溶液 高分子化学 聚合物 复合材料 化学工程 化学 离子 计算机科学 物理化学 物理 有机化学 执行机构 电极 人工智能 工程类 量子力学
作者
Mohsen Shahinpoor
标识
DOI:10.1109/robot.1993.292174
摘要

Ionic polymeric gels are three-dimensional networks of cross-linked macromolecular polyelectrolytes that swell or shrink in aqueous solutions in addition of alkali or acids, respectively. Linear reversible dilation and contraction of the order of more than 1000 per cent are observed in a laboratory for polyacrylonitrile fibers. It is experimentally observed that swelling and shrinking of ionic gels can also be induced electrically. Thus, direct computer control of large expansions and contractions of ionic polymeric gels by means of a voltage gradient appears to be possible. A mechanism is presented for the reversible nonhomogeneous large deformations and in particular for bending of strips of ionic polymeric gels in the presence of an electric field. Exact expressions are given relating the deformation characteristics of the gel to the electric field strength or voltage gradient, gel dimensions and other physical parameters such as the resistance and the capacitance of the gel strip. It is concluded that direct voltage control of such nonhomogeneous large deformations in ionic polymeric gels is possible.< >
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