摘要
电驱动人工肌肉一直是智能材料领域的研究热点，它具有形变大、密度低、强度高等优点，在声学、光学、电学等广泛领域都具有重要的应用前景。然而，目前已报道的人工肌肉材料都有一定的局限性，如电子型电活性聚合物所需的驱动电压较高，产生的应变却较小;离子型电活性聚合物的响应速度较慢，并且只能在电解质环境中使用。因此，发展新型并具有综合优异性能的人工肌肉材料变得越来越迫切。因为独特的一维结构和优异的物理性能，碳纳米管成为理想的候选对象。本学位论文重点合成了一类新型的取向碳纳米管纤维，碳纳米管纤维具有良好的柔性以及优异的力学和电学性能，然后将其发展成为一类新型的人工肌肉。 首先通过化学气相沉积法合成可纺的碳纳米管阵列，然后干法纺丝制备取向的碳纳米管纤维，系统研究了新型纤维材料的力学和电学性能，发现其断裂强度在（102-103）MPa，电导率在(102-103) S/cm。并且发现，纤维中碳纳米管之间存在空隙，在其中引入高分子如聚丙烯酸制备复合纤维，其断裂强度和电导率可分别提高2.5倍和1.2倍。 在此基础上，进一步把取向碳纳米管纤维发展为一类新型的人工肌肉，碳纳米管纤维特有的取向螺旋结构使其能够直接将电能转换为转动和收缩机械能。碳纳米管纤维人工肌肉在较低的驱动电压(5 V/cm)下，可达到较大的收缩应力(10MPa)、收缩应变(2％)和转动应变(720°);同时具有响应速度快（小于0.2 s）、强度高(0.8 GPa)、电导率高(400 S/cm)、密度低(0.54 g/cm3)等优点，并能广泛应用在各种介质中。基于其优异的通电转动和收缩特性，进一步发展碳纳米管纤维在微型电动马达和快速释放载体中的高效应用。 总结来说，本论文为新型、高性能人工肌肉的设计、制备和应用提供了一个新的思路。
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