Modeling of Ionic Electroactive Polymers - Consistent Formulation of the thermo-electro-chemo-mechanical coupling effects and Finite-Element Discretization

离子电活性聚合物建模 - 热-电化学-机械耦合效应和有限元离散化的一致公式

基本信息

  • 批准号:
    257128106
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Priority Programmes
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2013-12-31 至 2017-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Multifunctional materials like Electroactive Polymers (EAPs) belong to the class of smart materials. These materials can change their properties due to external influences and/or active energy supply. Inspired by the behavior of biological systems, the development and manufacture of EAPs in view of new applications in engineering, material science and medicine is a subject of international research.The aim of the research project is the development of a continuum-based model and its algorithmic implementation for the description of the behavior of ionic (wet) EAPs. These materials consist of a network of polymer fibers, the pore space is filled with liquid and gas. The deformation of ionic EAPs is driven by the motion of anions and cations (diffusion) triggered by an electric field. An advantage of ionic EAPs is that only a few volts are needed for the actuation, the disadvantage is that they must be kept moist. For the continuum mechanical based description of the behavior of these multiphase materials, consisting of the phases solid (polymer matrix), liquid, gas (vapor) and ions, the Theory of Porous Media will be used. In view of the electro and thermo-chemomechanical coupling effects in ionic EAPs, the balance equations of electrodynamics will be considered. Predictions concerning an efficient mode of avtion of the ionic EAPs depending on the humidity of the polymer matrix shall be enabled.
诸如电活性聚合物(EAP)之类的多功能材料属于智能材料类。由于外部影响和/或主动能源供应,这些材料可以改变其性质。受生物系统的行为的启发,鉴于工程技术的新应用,材料科学和医学是国际研究的主题。研究项目的目的是开发基于连续的模型及其算法实施,以描述离子(WIT)EAP的行为。这些材料由聚合物纤维网络组成,孔隙空间充满了液体和气体。离子EAP的变形是由电场触发的阴离子和阳离子(扩散)的运动驱动的。离子EAP的一个优点是,驱动只需要几伏,缺点是必须保持潮湿。对于基于连续机械的这些多相材料的行为的描述,包括固体(聚合物基质),液体,气体(蒸气)和离子的相位,将使用多孔介质的理论。鉴于离子EAP中的电力和热力学耦合效应,将考虑电动力学的平衡方程。关于聚合物基质的湿度,应启用有关离子EAP的有效模式的预测。

项目成果

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