磁致驱动智能材料制备及其柔性执行器研制

本课题对智能材料中的磁场响应型智能高分子凝胶中的磁致驱动智能材料进行系统研究，主要研究内容有：采用化学共沉淀法制备用于磁致驱动人工肌肉的纳米磁性纳米粒子，用正交试验得到其制备的最佳工艺参数，研究采用纳米磁性粒子制备高性能磁致驱动智能材料的最佳制备方法，对其性能进行测试，为其应用提供理论及计算数据并实现性能优化。阐明纳米磁致驱动智能材料的变形机理。设计纳米磁致驱动智能材料执行器并进行优化设计。用ANSYS仿真软件进行磁场建模分析并做磁力学性能分析和受力分析，与实验结果相验证。探索新型智能材料及为磁致驱动材料在实践中的应用奠定基础。

1.用化学共沉淀法制备了用于磁致驱动智能材料的纳米Fe3O4磁性粒子，并采用了物理法和化学法分散相结合的制备方法。以解决金属和聚合物的相容性差、在基体中易于团聚的困难。.利用了混合水平正交表安排正交试验，以产物的磁化率作为衡量指标，采用极差分析法对结果进行分析，得到了制备纳米磁性粒子的最佳实验工艺条件。.对制备得到的纳米Fe3O4用X射线衍射确定晶型和晶径大小；透射电子显微镜观察团聚情况和颗粒大小；振动样品磁强计测得其磁化曲线，分析饱和磁化强度。表明样品已达到纳米粒径，分散性远胜于分析纯Fe3O4，具有优良的磁性能。.进一步研究了添加柠檬酸根对纳米Fe3O4的制备和性能的影响，并发现添加柠檬酸盐能阻碍Fe3O4的氧化，可获得粒子直径更小的纳米Fe3O4，.2. 通过红外光谱、热分析、磁化性能测试，研究不同的配比和不同的制备工艺对所制备的纳米磁致驱动智能材料的性能影响。透射电子显微镜观察发现纳米磁致驱动智能材料更光滑。还研究了膜的厚薄和干燥方式、磁场强度、增塑剂含量、Fe3O4含量对其形变特性的影响，并通过磁化率测试试验得到了磁化率最高的膜的配方。研究了自脱落性和防水性纳米磁致驱动智能材料的制备方法，并通过选用不同的增塑剂和添加量对其进行了改性研究。.为克服磁致驱动智能材料膜在防水性上的缺点，研究了制备Fe3O4/PVDF磁致驱动智能材料的方法。通过透射电子显微镜、力学性能测试、磁致变形性能和磁化率测试得到其性能总体上不如添加增塑剂的Fe3O4/PVA磁致驱动智能材料。.3. 在磁致驱动执行器的几何参数设计和电磁场分析计算基础上，研制了纳米磁致驱动智能材料制造的磁致驱动执行器的执行装置和控制电路。.应用ANSYS参数化设计语言，建立了执行器有限元模型，进行磁致驱动执行器的磁场分布分析。获得了执行器的性能参数，进而对执行器的结构参数进行了优化设计。在磁致驱动执行器三维虚拟样机的运动学、动力学实时仿真基础上，用原理样机验证了磁致驱动执行器的动态特性模型的适用性。.4. 本项目通过IR、SEM对电致驱动智能材料进行了测试分析，然后利用正交试验的方法对电致动智能材料的应变动态响应进行优化，为EAP在后期的应用提供参考。.5.还对基于智能材料为本体的储能技术在新能源并网电力系统中的应用技术进行了初步的探讨。