基于聚电噻吩的电活性伪三层弯曲建模
摘要：聚电活性聚合物（EAP）是智能材料，可用作许多领域的致动器、传感器或能量收集器。我们此前已对离子金属-聚合物复合材料（IPMC）进行了研究，该材料包括一种离子聚合物薄膜（如Nafion），饱和水并在两侧涂覆一层充当电极的薄金属层。当该系统受到垂直于薄膜的电场作用时，会弯曲，因此可用作致动器。相反，薄膜的挠曲会在电极之间产生电位差；因此，相同的系统也可用作传感器。我们为该系统开发了一个“连续介质”模型。线性不可逆过程的热力学使我们能够建立其本构方程。目前，我们对PEDOT基的具有相似性质的系统感兴趣，PEDOT是一种半导体EAP。该器件的中央部分由两种渗透聚合物组成，起到离子储库的作用。PEDOT在两侧进行聚合，与两种其他聚合物形成相互渗透的网络。得到一个伪三层结构，其中两个外层含有PEDOT充当电极。然后用离子液体饱和。当这样得到的薄片被放置在与其表面垂直的电场中时，PEDOT在负电极侧发生还原反应（去掺杂），从而吸引中央部分的阳离子并膨胀；薄片最终向正电极弯曲。我们首先将我们的模型适应到这个两组分体系中：一方面是阳离子，另一方面是三种聚合物和阴离子。我们首先在微观尺度上为每个相写出其平衡方程和热力学关系，然后利用平均技术在宏观尺度上为整个材料写出。线性不可逆过程的热力学随后提供了其本构关系：Kelvin-Voigt类型的应力-应变关系，以及广义Fourier和Darcy定律。得到的方程应用于以恒定温度下受连续电位差作用的悬臂梁的情况。方程系统的数值解能够绘制出不同物理量的剖面，这些量在电极附近是非常陡峭的函数。我们还评估了悬臂梁的尖端位移和必须在梁的自由端施加的阻止其位移的力（阻力）。得到的结果与文献中发布的实验数据符合良好。
作者：Mireille Tixier (LMV), Jo"el Pouget (DALEMBERT)
论文ID：2305.07655
分类：Soft Condensed Matter
分类简称：cond-mat.soft
提交时间：2023-05-16