Электроактивные полимеры своими руками
Где можно почитать конкретные рецептуры,данные и вабще любу информаию о них.
Желательно на русском языке.
понимаю что многие рецепты тайны ,но слышал что например йозеф Бар-коэн предоставлял свои наработки всем желющим .
Может кто занимается либо интересуется .
Заранее благодарю за помощь.
Подскажите какие научные группы или лаборатории в РФ/СНГ занимаются электроактивными полимерами (electroactive polymers - EAP)? Был бы очень признателен за ссылки на публикации.
Здравствуйте kostik!
Ранее я скидывал книгу Блайт Э. Р., Блур Д. Электрические свойства полимеров viewtopic.php?f=35&t=48226 в ней вы почерпнете для себя необходимую информацию (в том числе с конкретными методиками). Завтра смогу вам сбросить статьи по данной теме (сейчас пока под рукой нет).
С уважением Forn!
В Сети можно найти:
Органические полупроводники(70)Дулов А. А.,Слинкин А.А.
Электрохимия полимеров(90)Тарасевич М.Р.и др.
Наша кафедра (электрохимии СПбГУ) давно этой шизней занимается. У меня самого есть публикации по полианилину. Но это явно не тренд сезона. Весьма популярны полимеры на основе замещенного тиофена. Хотите конкретики, могу написать ссылки на публикации. В общем, у нас замещенный тиофен, немного полианилина, и все. Полипиррол когда-то был, но нафиг заброшен. Полиацетилена не было и не предвидится. Как и других чисто карбоуглеродных полимеров.
MONSTA писал(а): Наша кафедра (электрохимии СПбГУ) давно этой шизней занимается. У меня самого есть публикации по полианилину. Но это явно не тренд сезона. Весьма популярны полимеры на основе замещенного тиофена. Хотите конкретики, могу написать ссылки на публикации. В общем, у нас замещенный тиофен, немного полианилина, и все. Полипиррол когда-то был, но нафиг заброшен. Полиацетилена не было и не предвидится. Как и других чисто карбоуглеродных полимеров.
MONSTA писал(а): Наша кафедра (электрохимии СПбГУ) давно этой шизней занимается. У меня самого есть публикации по полианилину. Но это явно не тренд сезона. Весьма популярны полимеры на основе замещенного тиофена. Хотите конкретики, могу написать ссылки на публикации. В общем, у нас замещенный тиофен, немного полианилина, и все. Полипиррол когда-то был, но нафиг заброшен. Полиацетилена не было и не предвидится. Как и других чисто карбоуглеродных полимеров.
Интересно было бы посмотреть публикации.
Насколько ЭАП с ионной проводимостью уступают по времени отклика тем же самым диэлектрическим эластомерам, ферроэлектрикам и ЖК полимерам? Что можете сказать про величину прикладываемого напряжения для стимуляции ионных ЭАП?
Здравствуйте alb! На первый вопрос вам может ответить Блайт Э. Р., Блур Д. Электрические свойства полимеров стр 88 и далее. На второй вопрос найдёте подробный ответ в выложенных мной выше статьях (потенциал допирования-дедопирования на ЦВА), а также Блайт Э. Р., Блур Д. Электрические свойства полимеров начиная со стр 240.
С уважением Forn!
alb писал(а): Насколько ЭАП с ионной проводимостью уступают по времени отклика тем же самым диэлектрическим эластомерам, ферроэлектрикам и ЖК полимерам? Что можете сказать про величину прикладываемого напряжения для стимуляции ионных ЭАП?
Да у нас на кафедре сама физика проводимости никогда не изучалась. Только получение в растворе, и электрохимические реакции (тоже в растворе). А по физике - это не к нам. Мы, к сожалению, даже не в состоянии правильно измерить проводимость получаемых полимеров.
Здравствуйте МОNSТА! Пожалуйста, дайте обещанные вами ссылочки. Уж очень интересно почитать публикации по ЭАП от отечественных специалистов.
Изобретение может быть использовано в робототехнике, биомеханических протезах и в различного рода приводах. Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров заключается в использовании полимеров в виде волокон (1), которые под воздействием электричества начинают сворачиваться в спираль. После отключения электрического напряжения полимерные волокна распрямляются. Волокна (1) объединены в пучки и находятся в защитной эластичной оболочке (3). Изобретение направлено на увеличение степени деформации электроактивных полимеров, расширение сферы их применения, упрощение способа, уменьшение веса и габаритов устройства, используемого в способе. 6 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области получения механической энергии и может быть применено как силовой элемент в робототехнике, биомеханических протезах и в различного рода приводах.
Известен способ получения механической энергии при помощи полимерных волокон, сворачивающихся в спираль при их нагревании.
Недостатком этого способа является необходимость нагревания волокон при цикле сжатия и охлаждения при цикле расслабления, что приводит к большому расходу энергии и усложняет способ. К тому же процессы нагревания и охлаждения инерционные, что негативно сказывается на быстродействии способа.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, способных под воздействием электричества деформироваться, менять свои геометрические размеры.
Известно несколько видов электроактивных полимеров (ЭАП):
- Полимерные гели (IGL)
- Ионные композиты полимер-металл (IPMC)
- Проводящие полимеры (CP)
- Пьезоэлектрические полимеры (РР)
- Электрострикционные полимеры (ЕР)
- Диэлектрические эластомеры (DE)
- Жидкокристаллические эластомеры (LCE)
- Аэрогели из углеродных нанотрубок (CNT)
Известный заявителю вышеуказанный способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, способных деформироваться под воздействием электричества, основан на непосредственном использовании изменения их геометрических размеров.
Недостатком известного способа получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, способных деформироваться под воздействием электричества, является относительно малое изменение их геометрических размеров, явно недостаточное для решения большинства технических задач, что ограничивает сферу их применения.
Технический результат заявляемого изобретения - увеличение степени деформации электроактивных полимеров, расширение сферы их применения, упрощение способа, уменьшение веса и габаритов устройства, используемого в способе.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, заключающемся в их деформации под воздействием электричества, согласно изобретению электроактивные полимеры используют в виде волокон, которые под воздействием электричества начинают сворачиваться в спираль, после отключения электричества полимерные волокна распрямляются, при этом полимерные волокна объединены в пучки и находятся в защитной эластичной оболочке, а одноименные электроды полимерных структур соединяют и выводят за ее пределы.
Отличительными признаками заявляемого способа являются новые условия для получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, а именно выполнение из них волокон. При реализации заявляемого способа было выявлено, что воздействие электричества на электроактивные полимеры в виде волокон способствует их деформации, изгибу и в результате сворачиванию в спираль. При отключении электричества полимерные волокна распрямляются. Указанная совокупность действий увеличивает степень деформации полимера, упрощает способ получения механической энергии, обеспечивает удобство и его доступность. Позволяет расширить сферу применения электроактивных полимеров (в робототехнике, биомеханических протезах, в различного рода приводах и т.д.), сократить вес и габариты устройств с их применением, упрощает их производство и эксплуатацию.
Кроме того, отличием заявляемого способа является объединение полимерных волокон в пучки и помещение в защитную эластичную оболочку (например, силиконовую), при этом одноименные электроды полимерных волокон соединяют и выводят за ее пределы. Это улучшает работоспособность устройства, реализующего заявляемый способ.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволило установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.
Предлагаемый способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематически изображено устройство из ионного электроактивного полимера, на фиг. 2 - работа устройства из ионного электроактивного полимера, на фиг. 3 - работа устройства из электроактивного полимера, на фиг. 4 - пучок волокон электроактивного полимера в защитной оболочке, на фиг. 5 - устройство из диэлектрического эластомера, на фиг. 6 - работа устройства из диэлектрического эластомера.
Для реализации заявляемого способа используют устройство из полимера, например ионного электроактивного, из которого выполняют волокна 1, при этом их сечение во много раз меньше их длины L1 (см. фиг. 3.). На поверхность волокон 1 с противоположных сторон наносят электроды 2 (фиг. 1). Полимерные волокна 1 объединяют в пучки и помещают в защитную эластичную диэлектрическую оболочку 3 (фиг. 4). Одноименные электроды полимерных волокон соединяют и выводят за пределы эластичной оболочки 3 (на фиг. не показан).
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Для получения механической энергии на электроды 2 подают постоянное электрическое напряжение 4. При этом сторона полимерного волокна у отрицательного электрода начинает удлиняться, когда как противоположная сторона у положительного - сокращаться, что приводит к изгибу отдельных участков полимерного волокна (фиг. 2). В силу того, что сечение волокна 1 во много раз меньше его длины L1, оно начинает сворачиваться в спираль (фиг. 3). При этом расстояние L2 между концами волокна значительно сокращается. После отключения электрического напряжения полимерное волокно 1 распрямляется, а расстояние между его концами восстанавливается. Чередуя акты сворачивания и распрямления полимерного волокна, получают механическую энергию.
Способ получения механической энергии с помощью электроактивных полимеров, заключающийся в их деформации под воздействием электричества, отличающийся тем, что электроактивные полимеры используют в виде волокон, которые после воздействия электричества начинают сворачиваться в спираль, после отключения электрического напряжения полимерные волокна распрямляются, при этом полимерные волокна объединены в пучки и находятся в защитной эластичной оболочке, а одноименные электроды полимерных структур соединяют и выводят за ее пределы.
Пожалуй, надо взять небольшой перерыв в возне с Orange Pi и сделать что-нибудь своими руками.
Нет, к сожалению, это не рецепт изготовления метамфетамина в домашних условиях из леденцов от кашля и ацетона, как кто-то мог подумать глядя на картинку. Это всего лишь рецепт простого домашнего полимера, который можно использовать для изготовления корпусов разъемов, мелкого ремонта изоляции, применение ограничено только вашей фантазией.
Ингридиенты просты, и их немного. В первую очередь понадобится герметик.
Также потребуется немного картофельного или кукурзного крахмала.
К сожалению, в магазине было аж полкило. Если что - такой упаковки хватит на 3 месяца непрерывного крафтинга :)
Также понадобится какая-то посуда, лучше одноразовая пластиковая, я лично отрезал верх от пластмассового стаканчика. Ну и потребуется какое-то хорошо проветриваемое помещение, ибо герметик воняет нереально.
Итак, в посуду высыпаем слой крахмала. Нужно, чтобы стенки были покрыты тонким слоем воизбежание прилипания.
Выдавливаем герметик прямо в крахмал. Объем прикидываем на глаз - лишь бы хватило на поделку, плюс некоторый запас.
Дальнейшие действия немного похожи на замешивание теста - засыпем крахмала сверху и размешаем полученную массу. После этого можно использовать перчатки или просто насыпать крахмал на руки (как муку) и “замесить” это все до момента, пока не перестанет прилипать. Крахмал нужно добавлять по мере надобности.
На этой фотграфии процесс ещё не закончен, нужно добавить больше крахмала.
После этого можно “лепить” желаемое изделие. Вот, например USB-разъем в новом корпусе.
Довольно долгое время масса легко режется ножом, так что форму можно корректировать. Сушка занимает несколько часов, лучше конечно оставить на ночь где-нибудь на сквозняке.
Массу можно красить, но следует учесть, что потребуется нанести несколько слоев, ибо краска будет “впитываться”. После сушки чудо-пластик можно обрабатывать, обточить или просто подрихтовать острым ножом.
Вот так, из говна и палок можно скрафтить дешёвый и практичный пластик дома.
Рецепт, надо сказать, не мой. Прочитан где-то в интернетах еще году в 2009ом и уже опробован несколько раз при ремонте сильно прориетарных разъемов старой техники.
"> Читать СМИ
Рисунок 1 : Черные полосы - это рабочие электроактивные полимеры. Они питаются одинаковым напряжением в квадрате.
Рисунок 2 : иллюстрация зажима EAP. (a) Приложено напряжение, два пальца EAP деформируются, огибая мяч. (b) Когда электрическое напряжение снимается, пальцы EAP возвращаются к своей исходной форме и ловят мяч. (против).
В электроактивных полимерах , или EAPS ( Электроактивные полимеры ) являются полимерами , форма или изменение размера при стимуляции с помощью электрического поля . Основное применение этого типа материала - производство исполнительных механизмов и датчиков . Интересным свойством EAP является то, что они способны к большим деформациям, а также большим силам . Большинство современных приводов выполнены из пьезоэлектрической керамики . Эти материалы, безусловно, способны создавать очень большие силы, однако диапазон их деформации не превышает нескольких процентов . В 1990-х годах было показано, что некоторые EAP способны выдерживать напряжение 380%, что значительно превосходит любую керамику, используемую сегодня. Еще одно применение EAP - это разработка робототехники ( особенно мягкой ), создание искусственных мышц . Работа зажима EAP описана на рисунке 1.
Резюме
История EAP
Изучение EAP началось в 1880-х годах , когда Вильгельм Рентген создал эксперимент, в котором он проверил влияние электрического тока на механические свойства резиновой ленты . Резинка была прикреплена к одному концу, а к другому концу он прицепил кувалду. К эластичному элементу прикладывали электрическое поле, чтобы изучить изменение его длины в зависимости от приложенного электрического тока.
Затем Сакердот углубил эксперимент Рентгена, предложив теорию реакции на напряжение эластичной ленты в зависимости от приложенного электрического поля, теорию, сформулированную в 1899 году. Только в 1925 году был открыт первый пьезоэлектрический полимер ( электрет ). Электрет был сформирован путем объединения карнаубского воска , канифоли , пчелиного воска и охлаждения смеси при приложении постоянного напряжения для поляризации. Материал затвердел в полимер, проявляющий пьезоэлектрические свойства .
Полимеры, свойства которых меняются в зависимости от возбуждений, отличных от электрического поля, являются частью этой области исследований. В 1949 г. Качальский и др. al. продемонстрировали, что коллагеновые нити, погруженные в кислоту или щелочной раствор, демонстрируют значительное изменение объема [2]. Нити коллагена сокращаются в щелочном растворе и расслабляются в кислотном растворе. Были протестированы и другие стимулы (например, изменение pH ), однако исследования были больше сосредоточены на электроактивных полимерах, поскольку они являются лучшими претендентами на имитацию сложных биологических систем.
Только в 1960-х годах был достигнут значительный прогресс. В 1969 году Каваи смог продемонстрировать, что поливинилиденфторид (ПВДФ) проявляет очень важный пьезоэлектрический эффект [2]. Это блестящее открытие сделало возможным поиск полимеров со свойствами, аналогичными свойствам ПВДФ. В 1977 году Хидеки Ширакава и др. [3] открыли первые проводящие полимеры. Сиракава в сотрудничестве с Аланом МакДиармидом и Аланом Хигером продемонстрировал, что полиацетилен является проводящим, и что, допируя его парами йода, можно увеличить его проводимость на 8 порядков. Его проводимость была сопоставима с проводимостью металла. С 1980-х годов было обнаружено большое количество полимеров с проводящими или пьезоэлектрическими свойствами.
В начале 1990-х годов были разработаны металло-ионные композитные полимеры (IPMC), которые показали электроактивные свойства, намного превосходящие свойства первых EAP. Основное преимущество IPMC заключается в том, что они деформируются при электрическом возбуждении менее 1 или 2 вольт [2].
Типы электроактивных полимеров
Диэлектрические электроактивные полимеры
Диэлектрики - это материалы, движения которых вызваны электростатическими силами, расположенными между двумя электродами. Диэлектрические эластомеры способны к очень большим деформациям и, в принципе, представляют собой конденсатор с переменной емкостью. Эта способность изменяется под воздействием стресса. Эти типы электроактивных полимеров требуют большого электрического поля для деформации (порядка сотни вольт), но не потребляют много электроэнергии. Диэлектрикам не нужна энергия, чтобы поддерживать себя в заданном положении.
Сегнетоэлектрические полимеры
Сегнетоэлектрические полимеры относятся к группе полярных кристаллических полимеров. Они способны поддерживать постоянную электрическую поляризацию, которая может быть обращена или изменена во внешнем электрическом поле. Сегнетоэлектрические полимеры, такие как поливинилиденфторид (ПВДФ), используются в акустических преобразователях и в качестве электромеханического привода из-за их собственного пьезоэлектрического отклика. Они также используются в качестве тепловых датчиков из-за их собственного пироэлектрического отклика.
Жидкокристаллические полимеры
Основные цепи жидкокристаллических полимеров имеют мезогенные группы, связанные друг с другом гибкой связью. Мезогены в основной колонке образуют мезофазную структуру, заставляя полимер принимать конформацию, совместимую с конформацией мезофазной структуры.
Ионные электроактивные полимеры
Ионные полимеры представляют собой полимерные исполнительные механизмы, в которых деформация вызывается движением ионов внутрь полимера. Для срабатывания требуется всего несколько вольт, но поток ионов требует больше электроэнергии, требуется больше электроэнергии, чтобы удерживать эти исполнительные механизмы в нужном положении.
Ионные металлополимерные композиты IPMC
Металлополимерные композиты представляют собой исполнительные механизмы, состоящие из ионного полимера, такого как Nafion или Flemion , и чья поверхность металлизирована из металлического проводника, такого как золото или платина . Под электрическим напряжением (1-5В для образцов 10 мм х 40 мм x0,2 мм ), ионы мигрируют и перераспределяются, вызывая движение изгиба. Если металлизированные электроды расположены асимметрично, то можно добиться любого движения, изгиба, скручивания и т. Д.
Взаимопроникающие сети из проводящих полимеров IPNC
Взаимопроникающие сети полимеров состоят из опорной пленки электролита, зажатой между двумя слоями электронопроводящих полимеров. При срабатывании ионы перемещаются от одного электрода к другому через поддерживающую пленку электролита.
Различия между ионными и диэлектрическими полимерами
Диэлектрические полимеры способны сохранять индуцированное смещение при воздействии постоянного напряжения. Это явление позволяет предусмотреть использование таких полимеров в робототехнических приложениях. Эти материалы также обладают высокой плотностью энергии и могут работать на воздухе без значительного ухудшения своих характеристик. Среди прочего, диэлектрические полимеры требуют очень сильного электрического поля для их активации (более 10 В для смещенного микрометра).
Ионные полимеры, в свою очередь, требуют очень слабого электрического поля активации, порядка одного вольт. Однако для функционирования эти полимеры должны быть погружены в жидкую среду. Недавно был разработан новый тип ионного полимера, способный работать в окружающей атмосфере. Ионные полимеры также имеют очень низкую электромеханическую связь, что делает их идеальными для биомиметических применений.
Области применения, связанные с электроактивными полимерами
Микрофлюидика
Электроактивных полимеры обладают огромным потенциалом в области микрофлюидики , например, в приложениях доставки лечения или лаборатории на чипе или для производства микро насоса
Тактильные устройства
Рис. 6. Тактильный дисплей с высоким разрешением, состоящий из 4320 (60x72) пикселей исполнительного механизма на основе гидрогелей, реагирующих на стимулы. Плотность интеграции устройства составляет 297 компонентов на см². Этот дисплей дает визуальное (монохромное) и физическое (контуры, рельеф, текстуры, мягкость) впечатление от виртуальной поверхности.
Оптический
Диэлектрические полимеры, в частности пьезоэлектрические полимеры, широко используются в области оптики, в частности, в устройствах, позволяющих регулировать фокусные расстояния оптических линз.
Примечания и ссылки
Внешние ссылки
Библиография
- Карпи, Ф., Де Росси, Д., Корнблу, Р., Пелрин, Р. Э., и Соммер-Ларсен, П. (ред.). (2011). Диэлектрические эластомеры как электромеханические преобразователи: основы, материалы, устройства, модели и приложения новой технологии электроактивных полимеров. Эльзевир.
- Диринг, С., Ламберт, С., и Моррисон, Дж. (2007). Контроль потока с активными ямочками. Aeronautical Journal, 111 (1125), 705-714 ( аннотация ).
- Jean-Mistral C (2008) Механическое восстановление энергии электроактивными полимерами для автономных коммуникационных микросистем * MAZZOLDI, A., CARPI, F., & DE ROSSI, D. (2004) .
- Лайонс, М. (Ред.). (2013). Электрохимия электроактивных полимеров: Часть 1: Основы. Springer Science & Business Media.
- Полимеры, реагирующие на электрические или электрохимические раздражители для линейных приводов . In Annales de chimie (Том 29, № 6, с. 55-64 ). Лавуазье.
муравьи] (докторская диссертация, Университет Жозефа Фурье-Гренобль I) ( резюме ).
Читайте также: