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.
电活性聚合物(EAP)等多功能材料属于智能材料类别。这些材料会因外部影响和/或主动能源供应而改变其特性。受生物系统行为的启发,针对工程、材料科学和医学新应用的 EAP 的开发和制造是国际研究的一个主题。该研究项目的目的是开发基于连续体的模型及其用于描述离子(湿)EAP 行为的算法实现。这些材料由聚合物纤维网络组成,孔隙空间充满液体和气体。离子 EAP 的变形是由电场触发的阴离子和阳离子的运动(扩散)驱动的。离子 EAP 的优点是只需几伏的电压即可启动,缺点是必须保持湿润。对于这些由固体(聚合物基体)、液体、气体(蒸气)和离子相组成的多相材料的行为的连续力学描述,将使用多孔介质理论。鉴于离子EAP中的电和热化学机械耦合效应,将考虑电动力学的平衡方程。应能够根据聚合物基质的湿度来预测离子 EAP 的有效运动模式。

项目成果

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