陈志刚，张世波，罗 斌

（1.邵阳学院机械与能源工程学院，湖南 邵阳 422000；2. 高效动力系统智能制造湖南省重点实验室，湖南 邵阳 422000）

0 引言

离子聚合物金属复合材料（Ionic Polymer Metal Composite，IPMC）作为电致动聚合物（EAP）的典型代表，具有驱动电压低、变形大、可传感、且能在液体环境运行等不可替代的独特优点，是目前一种具有广阔应用前景的新型电活性材料[1]。IPMC作为一种新型的智能材料，当作为驱动器时，它可以在低电压驱动下产生大变形；而当作为传感器时，它可以在受到外载荷和外加弯矩时，其上下表面会产生电势差。因此，该种材料能够通过阵列化结构模拟生物皮肤的触觉感知功能，被称为人工皮肤材料[2]，在诸多领域表现出诱人的应用前景。

目前关于IPMC材料传感模型的建立，国内外的研究学者已经开展了许多卓有成效的研究，并且取得了一定的成果。国外学者最早采用灰盒理论等建立了预测模型[3]，并通过实验进行模型参数识别；FARINHOLT基于Nernst-Planck（NP）传递方程描述了离子的运动，建立了IPMC的电流响应过程模型[4]；文献[5]中建立了IPMC的力电耦合模型，解释了IPMC的驱动和传感特性，并与实验结果吻合较好；文献[6]研究了IPMC在多频激励下的动态响应特性；Gao[7]基于流动电势假设和流体力学方程描述了离子的运动和分布过程；南京航空航天大学安逸[8]以不可逆热力学为基础建立了IPMC在纯弯曲状态下的力电耦合模型。

由于目前IPMC传感模型过于复杂且都只是基于悬臂梁结构建立的，仅能用于研究片状或层状结构的研究。……