§         کاغذ الکترواستریکی

عموما، کاغذها از ترکیب ذرات و گروه های مجزا که اکثرا از الیاف طبیعی هستند و یک ساختار شبکه ای را شکل می دهند، تولید می شوند. برای مثال، یک لایه ورقه ای از نقره که دو تکه ورق نقره ای به وسیله الکترودهای نقره ای بر روی سطوح خارجی آن قرار گرفته اند را در نظر بگیرید. با اعمال ولتاژ الکتریکی بین الکترودها یک خمش را در صفحة نقره مشاهده می کنیم. حال اگر به جای صفحة نقره ای یک پلیمری الاستیک داشته باشیم که بتوان با اعمال ولتاژ در آن تنش ایجاد نمود، یک شرایط ایده آل برای تولید وسایلی داریم که اساس کار آنها تولید تنش است.

مزیت دیگر این مواد، سبک بودن و آسانی ساخت آنها می باشد. همچنین برای کاربرد در مواردی از قبیل جاذب های فعال صدا، بلندگوهای تاشو و وسایل کنترلی «هوشمند» مطلوب هستند.

§       الاستومرهای الکترو- ویسکوالاستیک

این مواد از ترکیبات الاستومرهای سیلیکونی در یک فاز قطبی هستند. در این دسته از پلیمرها میتوان با ایجاد میدان الکتریکی در خواص فیزیکی آنها تغییر ایجاد نمود، که مهمترین آن "ویسکو الاستیسیته" می باشد(رفتاری از ماده که به صورت ترکیبی از رفتار الاستیک و جریان کاملا ویسکوز در نظر گرفته میشود. برای توضیح این رفتار یک سیستم فنر و ضربهگیر تصور میشود. به این ترتیب که وقتی بر ماده تنش اعمال می­شود می تواند هر تغییر غیرقابل برگشتی را تحمل کند. در این حالت ماده به صورت موثری به عنوان یک جامد الاستیک رفتار میکند. رهایی از این تنش مو جب یک برگشت سریع به حالتی با کرنش کمتر خواهد شد.(مطابق پاسخ جز فنر) اما قسمتی از تغییر شکل ناشی از جریان ویسکوز ناپدید خواهد شد. به این ترتیب تنش کلی اعمال شده با گذشت زمان به وسیله جز فنر مصرف میشود.) با اعمال میدان الکتریکی مناسب ( <6) فاز قطبی در ماتریس الاستومر جهت گیری میکند و مو جب تغییر در مدول برشی میشود.

یک کاربرد پیش بینی شده برای این ترکیبات استفاده از آنها برای کاربرد به عنوان جاذب های اتلافی انرژی کنترل شده (damping) است.

•        EAPs یونی:

§   کامپوزیت های پلیمرهای یونی- فلز (IPMC):

این نوع EAPs، در پاسخ به یک فعال سازی الکتریکی، دچار خمیدگی می شوند. علت این امر حرکت کاتیون ها در شبکه پلیمری است. عمدتا دو نوع پلیمر نافیون (پرفلورو سولفونات محصول شرکت دوپونت*) و فلمیون (پرفلورو کربوکسیلات، محصول شرکت آساهی گلاس ژاپن) به عنوان پلیمر پایه برای تولید این کامپوزیت ها استفاده می شود. در یونومرهایی که به عنوان ماتریس استفاده میشود گروههای عاملی قابل یونیزه شدن( عموما سولفونات و کربوکسیلات) وجود دارد که تا 10 درصد واحد مونومری در پلیمر را تشکیل میدهند، و با یونهای فلزی نظیر سدیم یا روی خنثی میشوند. حضور این گروهها سبب استحکام مکانیکی و مقاومت شیمیایی بیشتر کامپوزیت میشوند. حضور یونها از یک جهت سبب ایجاد اتصال عرضی در شبکه میشود و از جهت دیگر به عنوان تقویت کننده عمل میکند و این دلیل دیگری برای استحکام مکانیکی کامپوزیت میباشد.

با اعمال میدان الکتریکی و حرکت کاتیونها در شبکه مولکولهای پلیمر ماتریس که دارای گروههای عاملی قابل یونیزه هستند، برای برقرار ساختن تعادل الکتریکی در شبکه مجبور به حرکت شده و یک خمیدگی را در کامپوزیت ایجاد میکنند.

برای برانگیختن کاتیون های شبکه IMPC و ایجاد یک خمیدگی نیاز به ولتاژهای پایین در محدود 1-10V و فرکانسهای پایین تر از 1Hz داریم.

§    پلیمرهای هادی (CP):

CPs از طریق جذب و دفع یون های مخالف که در یک چرخه اکسایش و کاهش رخ می دهد، فعال می شوند. در حقیقت وجود گروههای آزاد کننده الکترون(مانند باندهای مزدوج و فلزها و مولکولهایی نظیر ید) به عنوان عوامل هدایت الکتریکی عمل میکنند. همان طور که در یک سلول شیمیایی الکترونهای آزاد فلز به عنوان یک سیال عمل کرده، یعنی در قسمتی از فلز یون وارد(یا خارج) شده و از قسمت دیگری خارج میشود. در این مواد هم، این گروهها به عنوان عامل حرکت یون عمل میکنند.

در طول واکنشهای اکسایش-کاهش، الکترودها (که عمدتا از پلی آنیلین که به HCl آغشته شدهاست ساخته میشوند) دچار تغییر حجم میشوند.

CPs در محدوده ولتاژ V5-1 فعال میشوند و میتوان با تغییر ولتاژ فعالیت آنها را کنترل نمود. با وجود این که این مواد می توانند به یک چگالی انرژی مکانیکی بالا (بالاتر از ) دست یابند، اما به علت ساختار مولکولی آنها(وجود پیوندهای مزدوج و حلقههای آروماتیک) و کمبود چرخش آزاد حول پیوندهای کربن-کربن بازده آنها در حدود 1% می باشد.

ترکیبات دیگری از قبیل پلی(پیرول)، پلی( اتیلندی اکسیتیوفین)، پلی(p- فنیل وینیل)، پلی(آنیلین) و پلی(تیوفین) هم از جمله پلیمرهای هادی هستند. بعضی از کاربردهایی که برای CPs گزارش شده اند بدین شرح هستند: جعبه های کوچکی که توانایی باز و بسته شدن دارند، میکروربات ها، وسایل جراحی، روبا ت های جراح که بر روی دیگر وسایل کوچک سوار می شوند.

§     نانوتیوب های کربنی (CNT)

در سال 1999، CNTs با خواص مکانیکی شبیه الماس و ساختار و شکل شبیه EAPs ظاهر شدند.

مکانیسم فعال سازی بدین ترتیب است که در یک محیط الکترولیتی، با تغییر طول باندهای پیوند از طریق تزریق بارهای الکتریکی که بر روی توازن بار یونی بین نانوتیوب و الکترولیت اثر می گذارد، انجام می شود. هر چه بار الکتریکی بیشتری به CNT تزریق شود، تغییر اندازة بیشتری دیده می شود.

به خاطر مقاومت مکانیکی CNTs و دست یابی به یک تغییرمکانی به وسیله محرک ها، این نوع از EAPs نسبت به دیگر اشکال EAPs می توانند بیشترین میزان کار را در یک چرخه انجام دهند و تنش های مکانیکی بزرگتری را ایجاد کنند.

ادامه مطلب...