|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ПсковГУ |
||
Применение порообразующих добавок для получения электродов и электролитного слоя ионных актуаторовдипломная работа (Специалист)
- Научные руководители: Морозов Олег Сергеевич, Кепман Алексей Валерьевич
- Автор: Иванченко Анна Васильевна
- Тип: Специалист
- Организация, в которой проходила защита: МГУ имени М.В. Ломоносова
- Год защиты: 2021
- Аннотация: Важнейшим критерием, определяющим направление разработок и оптимизации технологии для применения в космической отрасли, является масса. Применение ионных электроактивных полимеров (ЭАП) в разработке космических аппаратов является перспективным, так как данные материалы являются одновременно функциональными и конструкционными и позволяют значительно снизить массу конечных устройств. Ионные актуаторы на основе ЭАП представляют собой трехслойные устройства, состоящие из электролитной полимерной пленки, покрытой с двух сторон электродами. При приложении напряжения происходит набухание одной поверхности устройства за счет миграции ионов электролита, что приводит к деформации всего устройства. Подавляющее большинство исследований ионных актуаторов проводится с использованием воды в качестве электролита. Из-за ее испарения такие устройства не могут долго работать на воздухе и тем более в жестких условиях. Для решения данной проблемы в литературе предложено решение – изготовление полностью пластиковых актуаторов. В таких устройствах в качестве электролита используются ионные жидкости, электроды изготавливаются на основе углеродных нанотрубок (УНТ) с использованием поливинилиденфторида (ПВДФ). Влияние состава и строения электродов на свойства конечных устройств малоизученно. Целью данной работы было исследование влияния добавок-порообразователей на морфологию электродов и, как следствие, характеристики ионных актуаторов. Для достижения этой цели было необходимо отработать методики изготовления электродов, оценить морфологию полученных образцов и изучить влияние порообразователя на их свойства. Далее были изготовлены актуаторы и исследованы их электромеханические характеристики. Известно, что использование ионной жидкости в качестве порообразователя приводит к образованию губчатой структуры мембраны ПВДФ, а полиэтиленгликоля (ПЭГ) и дибутилфталата - к сферолитной. Поэтому данные добавки использовались для управления морфологией электродов. Для исследования влияния количества порообразователя на свойства электродов содержание добавки варьировали от 40% объем. до 60% объем. Также варьировали содержание УНТ. Электроды характеризовали методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ), дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), циклической вольтамперометрии (ЦВА), гальваностатического заряда-разряда (ГЗР), а также пористостью и степенью пропитки. Актуаторы испытывали на генерируемую деформацию в стационарном и циклических режимах при разных частотах подаваемого напряжения. В результате исследования электродов было показано, что порообразователь позволяет управлять свойствами электродов. Снижение концентрации УНТ в три раза не приводит к значительному изменению свойств электродов. Применение ПЭГ в качестве добавки позволяет получить актуаторы с наибольшей деформацией. Было показано, что емкость электродов, измеренная в режиме конденсатора по стандартным методикам, не соответствует накопленному заряду при деформации устройства и не подходит для оценки электрода как материла актуатора. При этом при испытаниях актуаторов ток коррелирует с деформацией, что согласуется с теоретическими представлениями. Таким образом, введение добавок-порообразователей в электроды на основе углеродных нанотрубок позволяет управлять их морфологией и электромеханическими свойствами конечных устройств. Поэтому описывать электроды для использования в ЭАП можно только прямой фиксацией характеристик актуаторов.
- Добавил в систему: Морозов Олег Сергеевич