Browsing by Author "Palmre, Viljar"
Now showing 1 - 1 of 1
Results Per Page
Sort Options
Item Fabrication and characterization of microporous carbon-based electroactive polymer actuators(2012-07-09) Palmre, ViljarElektroaktiivsed polümeerid (EAP) on modernsed materjalid, mis muundavad elektrilise energia mehaaniliseks deformatsiooniks või vastupidises suunas, leides seega rakendust nii aktuaatorite kui sensoritena. Elektroaktiivsed polümeerid omavad kõrget potentsiaali funktsionaalsete materjalidena arendamaks uusi üha kasvava nõudlusega aktuaatorite süsteeme, mis on vaiksed, elastsed, kerged, struktuurilt lihtsad ja lihtsasti miniaturiseeritavad. Biorobootika rakendusteks on atraktiivsed eelkõige ioonset tüüpi EAP-d, mis koosnevad elektrolüüti sisaldavast membraanist ja kahest elektrit juhtivast elektroodikihist selle pindadel. On teada, et suurendades laengutihedust elektroodides, pareneb aktuaatori liigutussuutlikkus. Sellest lähtuvalt uuriti antud töös kõrge eripinnaga poorseid elektroodimaterjale aktuaatorite valmistamiseks. Suurimat potentsiaali omavad antud vallas suure poorsusega amorfsed süsinikud ja karbiidset päritolu süsinikud, mida tavaliselt kasutatakse energiasalvestus-seadmetes – superkondensaatorites. Süsinikaerogeelid on samuti paljulubavad materjalid EAPdes rakendamiseks. Käesolevas töös uuriti nelja erinevat poorset süsinikmaterjali (karbiidne süsinik, kookospähklikoorest valmistatud aktiveeritud süsinik ning aktiveeritud ja mitteaktiveeritud süsinikaerogeelid) uute alternatiividena EAP aktuaatorite elektroodides. Vastavaid elektroodimaterjale analüüsiti viiekihilistes aktuaator-süsteemides, mis koosnesid 1-etüül-3-metüülimidasoolium trifluorometaansulfonaat (EMI-TF) ioonvedelikus immutatud Nafion-membraanist kahe süsinikelektroodi vahel ja kuldfooliumist selle välispindadel. Uuriti valmistatud EAP aktuaatorite elektromehaanilisi, elektrokeemilisi ja mehaanilisi karakteristikuid ning võrreldi neid aktuaatoritega, mis baseerusid RuO2-elektroodidel. Karbiidsest süsinikust elektroodidega EAP aktuaator omas suurimat liigutusulatust (painde deformatsiooni) uuritud elektroodimaterjalide seas. Maksimaalseks painde deformatsiooniks osutus 2,04% ±2 V ristkülikpinge sisendi korral, mis ületas RuO2-elektroodidel põhineva aktuaatori liigutusulatust rohkem kui kaks korda. Tulemuste analüüs näitas, et EAP aktuaatorite elektromehaanilised karakteristikud on tugevalt sõltuvad süsinikmaterjalide poorsetest omadustest ja struktuursest jäikusest (st. grafitiseerituse astmest). Üheseinaliste süsiniknanotoru lisandite mõju aktuaatori liigutusomadustele uuriti kolmekihilistes aktuaator-süsteemides, mis koosnesid polümeriseeritud 1-etüül-3-metüülimidasoolium tertrafluoroboraadi (EMI-BF4) elektrolüüdikihist kahe nanotorusid ja karbiidset süsinikku sisaldava elektroodi vahel. EAP aktuaatorite valmistamiseks kasutati elektroode, mis sisaldasid süsiniknanotorusid karbiidses süsinik-elektroodis viies erinevas vahekorras ning uuriti nende elektromehaanilisi, elektrokeemilisi ja mehaanilisi omadusi. Tulemuste analüüs näitas, et süsiniknanotorude sisalduse suurendamine komposiitelektroodides parandas oluliselt elektroodide elektrilist juhtivust ning suurendas nende mehaanilist jäikust (Young`i moodulit). Süsiniknanotorude lisamine elektroodidesse suurendas märkimisväärselt aktuaatori liigutussuutlikkust. Madalatel liigutussagedustel (5 mHz–0,5 Hz) oli aktuaatoril, mille elektroodid sisaldasid võrdses koguses nanotorusid ja karbiidset süsinikku (50/50 massi%), oluliselt suurem liigutusulatus (deformatsioon 0,85%) antud töös uuritud aktuaatorite seas. See ületab puhtast karbiidsest süsinikust elektroodidega aktuaatori liigutusulatust (0,35%) rohkem kui kaks korda. Leiti, et erimahtuvus ja Youngi moodul omavad tugevat koosmõju aktuaatori liigutusulatusele madalamas liigutussagedusalas, kus ilmnevad ka aktuaatorite elektrienergiat salvestavad omadused.