电活性聚合物5.7

1、摘 要电活性聚合物与其他聚合物不同，具有特殊的机械性质和电学性质，是一种新型智能材料。目前，电活性聚合物在多个方面都有了快速的提升，如设计材料、合成产物等。本文从多种电活性聚合物材料的研究现状出发展开。电活性聚合物可以分成离子型聚合物以及电子型聚合物。离子型聚合物（EAP）主要由碳纳米管、导电聚合物、电致流变液体、离子聚合物凝胶以及离子聚合物符复合材料组成的。离子型EAP材料的不足之处是必须要有润湿度，并且在电流下不能保持稳定的移动；电子型EAP由介电 EAP、电致伸缩接枝弹性体、电致伸缩纸张、铁电体聚合物和液晶弹性体（LCE）等组成。在电流刺激下，电子型EAP产生多种效应，如铁电效应等，并且

2、电子型EAP离子型EAP刚好相反，在电流刺激下能够发生位置移动。不管是哪种EAP材料，都会有非常大的弯曲响应。本文还介绍了电活性聚合物的发电原理和力学性能以及在各个领域上的应用等前沿科技。关键词：电活性聚合物 电致伸缩 离子型 电子型AbstractUnlike other polymers, electroactive polymers have special mechanical properties and electrical properties. They are a new kind of intelligent materials. At present, electroac

3、tive polymers have been rapidly improved in many aspects, such as design materials and synthetic products. This paper starts from the research status of various electroactive polymer materials. Electroactive polymers can be divided into ionic polymers and electronic polymers. The ionic polymer (EAP)

4、 is composed of carbon nanotubes, conductive polymers, electrorheological fluids, ionic polymer gels, and ionic polymer composites. The deficiency of the ionic EAP material is that it has to be moistening, and it can't keep moving steadily in the current. Electronic EAP is composed of dielectric

5、 EAP, electrostrictive graft elastomer, electrostrictive paper, ferroelectric polymer and liquid crystal elastomer (LCE). Under current stimulation, electronic EAP produces a variety of effects, such as ferroelectric effect, and the electronic EAP ionic EAP happens to be the opposite, and can move i

6、n position under current stimulation. Whatever the EAP material, there is a very large bending response. This paper also introduces the generation principle and mechanical properties of electroactive polymer and its application in various fields.Keywords：Electroactive polymers Electrostriction Ionic

7、 electricalIII目 录摘要Abstract1 引言11.1 本课题设计的目的及意义11.2 电活性聚合物国内外的发展状况12 EAP材料分类22.1 电子型EAP22.1.1 电致伸缩接枝弹性体(ESGE)22.1.2 电致伸缩薄膜(ESP)22.1.3 电致粘弹性聚合物(EVEM)32.1.4 铁电聚合物(FEP)32.1.5 全有机复合材料(AOC)42.1.6 液晶弹性体(LCE)42.2 离子型EAP材料52.2.1 碳纳米管52.2.2 电致流变液体(ERF)52.2.3 导电聚合物(CP)62.2.4 离子聚合物凝胶(IPG)62.2.5 离子聚合物/金属复合材料（IP

8、MC）73 电活性聚合物的发电原理及其力学性能83.1 电活性聚合物的发电原理83.2 电活性聚合物的力学性能94 电活性聚合物在各领域的应用114.1.1 DE和IPMC在无阀微泵上的应用研究114.1.2 IPMC在微镜头调焦系统中的应用研究124.1.3 EAP材料在微创手术臂上的应用探讨124.3.1 对药物的释放速率进行控制144.3.2 组织工程145 前景与展望166 结论17致 谢18参考文献191 引言1.1 本课题设计的目的及意义和普通的压电材料不同，电活性聚合物材料有更大的抵抗能力，并且质量不大、驱动性能好、防震效果优良，是一种新型的、智能的仿生材料。利用电活性材料去收集

9、风能、太阳能能其他绿色能源，发展最新的可再生能源具有无污染、成本低等其他优点，能够促进全世界能源可持续发展战略。1.2 电活性聚合物国内外的发展状况1880年，人们第一次发现了机电响应现象。19世纪初，科学把将场致应变原理分析归纳，以公式的形式表现出来。1920年前后，人们第一次发现了一种特殊的聚合物并起名为压电聚合物,其发现是电活性聚合物研究和发展的重要一步。1948年,科学家再一次发现了一种可以在胶原质丝中浸泡时,可以进行伸缩的一种材料，后被人起名为化学活性聚合物。不过,对于很少有人能够将材料的化学性能和和机械性质放在一起考虑,直到一种新型的仿生肌肉材料被发明出来。在电流刺激的科技发展下,

10、人们开始不断的关注EAP材料的研究和发展。20世纪60年代末，人们通过实验发现PVDF有压电能力后，研究人员慢慢的对其它聚合物材料进行研究,所以，不同种类的EAP材料被研发出来。最近几年,EAP材料的发展已经有了一个质的飞跃，研究人员研发出了具有特殊性质的EAP材料，这对后人开发新型电活性聚合物给与了非常大的参价值。2 EAP材料分类2.1 电子型EAP2.1.1 电致伸缩接枝弹性体(ESGE)电致伸缩枝弹性体的组成部分是由柔性主链和支链两个基本单元所组成的,支链可以和与其相连的主链部分形成一种特殊的晶体单元，主链和支链内都有电荷，并且这种电荷由带极性的一种单体组合而成的, 主链和支链都能够生

11、成偶极矩，并且能够发生诱导极化现象。在电流的刺激下,偶极子会发生极距偏转的现象导致支链的极化基本部分发生转动,主链的局部会发生变形,ESGE于其他的电子型聚合物相比较而言，其硬度性能更好。所以材料具有更广阔的发展前景。 林桂娟,张欣波,王克胜.电活性聚合物能量转换机理及实验研究J.上海交通大学学报,2016,50(06):831-836.2.1.2 电致伸缩薄膜(ESP)电致伸缩薄膜由很多的散落单元拼成的一种聚合物,这种聚合物具有网状结构，其材料一般都有纤维材料的性能。其驱动器重量较轻,制作流程简洁, 能够用在吸音器、柔性扬声器和“智能”形状控制设备等。现阶段，国外学者研发出了一种新型的电活性

12、薄膜。这种电活性薄膜两端的材料是银膜制成,在电流的作用下，薄膜会发生变形和位置移动。其位置移动的量的影响因素有频率、粘合剂、电压、基体等有关。图1电活性薄膜示意图2.1.3 电致粘弹性聚合物(EVEM)电致制弹性合物的组成成分有两种，包括硅橡胶和极化相。聚合物在没有进行硫化混合以前,这种聚合物形态和一种电致粘弹液体一般。在通过电流以后，聚合材料发生形态转变，由液态变为固态,极化相在弹性体体系内会发生有规律的定向运动。所以，这种聚合材料的形态为“固态”+“液态”两种情况,并且剪切模量是根据电场强度的改变而变化,因此能够代替电致流变的液体，当成一种阻尼材料，而且还能够用于制做全自动化机器人的手臂，

13、国外研究学者等研发出了一种新型材料，这种材料能够承受一定重量，也能够当成粘弹性聚合物加以利用。 王成敏,任九生.电活性聚合物圆柱壳的动力学特性分析J.上海大学学报(自然科学版),2016,22(04):486-496.2.1.4 铁电聚合物(FEP)压电现象通常存在于一种特殊的晶体中，也就是在铁电体中发生的一种特殊效应。在电流的作用下，压电材料通常会发生形状改变,不同的是，压电材料在外力的作用下，就会有电压的生成。压电材料能够用于气体和液体中，并且可用的环境也比较宽泛。最常见的铁电聚合物是聚偏氟乙烯(PVDF)及其共聚物。因为铁电聚合物具有非常优异的弹性和韧性，所以可以将铁电聚合物制造成面积较

14、大的薄膜。其应用的领域可以在超声传感器和医学传感器以及热释电和光学器件中，研究这种材料具有非常重要的意义。目前，已经在医用超声传感器和机器人探测器等领域中已经得到了应用。 李轶超.活性聚合物及其性能评价J.化工设计通讯,2016,42(06):34.研究人员近期研发出了一种新型铁电聚合物，由改性聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物制成。在一定的电流通过时，这种新型的铁电聚合物的形变可以在百分之7左右，弹性能密度能够达到1焦耳每立方厘米。铁电聚合物的改变性质方法主要有2个，第一是三元共聚物体系，第二是制成高能电子辐射共聚物。性质改变后，在电流作用时，聚合物的转化温度范围也会因此而改变，避免了在极性变化过程

15、中成核现象的出现，并且转化温度也变成了25摄氏度左右。所以，制造出了温度范围比较大的电致变形。和高能电子辐射法相比，共聚法的优点是：无需辐射、制造过程简单、花费低，得到的产物具有更好的性能，因此三元共聚法同样也有一定的应用价值。2.1.5 全有机复合材料(AOC) 全有机复合材料的制备原理简单，将一种有机填料送入到一种电致伸缩聚合物内, 同时要保证这种有机填料要具有高介电常数。全有机复合材料在保证基体性质前提下，同时也要具有比较高的介电能力。这种新型有机复合材料通过比较低的电流时，能够达到很高的变量,只有这样，才能大幅度地提升了全有机材料的介电性能, 也可以高效的提高了材料的“有效”击穿能力。

16、 林桂娟,宋德朝,陈明,王克胜.电活性聚合物的力学性能及发电应用J.同济大学学报(自然科学版),2011,39(06):908-913.有专家指出，将CuPc与P(VDF-TrFE)结合,在较低电场刺激下材料的形态变化能够在原来的百分之2左右波动,而且介电常数如果能够超过400。CuPc 制备而成的分子级固体就是一种有机的材料,这种材料具有绝缘体的性质，介电常数最高可以超过120 。全有机材料的介电常数特别高的原因是绝缘表面隔离了绝大多数的电流而造成的, 这种接近于半导体的材料和绝缘表面可以组成的内部稳定的电容器效应。分子内有键，键就会在共轭体系中发生位移。造成电量过大的反应。并且，分子之间的

17、吸引力，尤其是比较弱的范德华力在分子表面弹性会明显小于聚合物的常数。此外,CuPc 固体不易加工,经常性的电子极化会造成非常高的介电能损失。因为聚合物不但能够制成一种绝缘层,还可以减少在加料的过程中的不必要的损失。所以, 这种材料不仅仅具有聚合物的弹性性能,还能维持基体性能。在应用方面，这种电活性复合材料不仅能够用于一种新型的人工肌肉的研究,而且还能够用在药物胶囊材料的制备。经过一系列的改进有机复合材料的制备方法和技术，能够让这新型的有机材料的应用的范围变得更大。 陈洁,李玉麒,郑国华.介电型电活性聚合物应变响应的优化J.华中科技大学学报(自然科学版),2015,43(10):123-127.

18、2.1.6 液晶弹性体(LCE)液晶弹性体是一种新型的电活性聚合物材料,其结构呈网状。液晶弹性体可以利用焦耳的热量就会有电活性的产生。LCE的性能与其他的电活性聚合物相比，性能较好。这种液晶聚合物体系具有相当好的性能, 例如, 其弹性可以通过液晶聚合物网络结构和小分子液晶结构来控制。Zhang等 27 开发了一种向列相液晶溶胶体系, 通过场致液晶单元重排达到机电响应。在25MV /m 电场下, 这种材料的场致应变达到2 %, 激励方向上的弹性模量为100MPa 。因其具有生物相容性, 因此可以用来制备人工肌肉和微机电设备等。Thomsen 等 28 制备了一种热致液晶弹性体弯曲驱动器。这种设备

19、具有多层材料结构, 因设备的结构限制了液晶弹性体的位移, 所以这种驱动器的位移量要比纯液晶弹性体薄膜小。但是, 设备可以在低功率(< 2W)下工作, 而且可以反复使用多达1000 次。2.2 离子型EAP材料2.2.1 碳纳米管碳纳米管直径段小、质量小、硬度高、具有很好的导电导热性能。所以，制备成纳米聚合材料是人们长期以来所期盼的。目前阶段，人们已经制备了一种高性能的化学驱动器，在电流的作用下可以发生百分之一的形态改变。swnt在电解液的表面会产生两个表面电层，随着电荷进入体系，会发生驱动性能。碳纳米管的形态改变由量子化学和电致伸缩两种原因造成的，这两种情况使碳纳米管发生形态改变。使用两

20、种不同的方法制成碳纳米管。碳纳米管分成两类：单层碳纳米管和多层碳纳米管2.2.2 电致流变液体(ERF)ERF是一种比较低的介电液体，其中有电子极化现象的存在。在电场的作用下，能够使离子两端发生极性偏转。与此同时，在反应体系内会发生原纤化反应。电致流变液体的优点是在极化过程中需要很少的能量并且响应及时，同时发生极化后具有稳定的性质。所以经常被应用于控制系统中，目前，ERF已经成功的在一些控制系统中得以应用。如光子晶体、宇宙飞船减震器等。最近研究人员使用特殊的方法获得了PNMA和MMT的复合材料。这种材料的电致流变液体经过一定的电压处理后，剪切力高达5.9千帕左右，远远高于电致流变液体在非电场中

21、作用的强度，而且也超过了纯MMT和纯PNMA在电场中作用的强度。在一定频率下，ERF的介电常数分别是蒙脱土的3倍以及N-甲基苯胺的5倍左右。由此可见，通过电致流变作用可以增加这种电活性聚合物材料的介电能力。 朱银龙,习爽,苏晓芳,刘英,王化明.介电型电活性聚合物的发电特性研究J.机械强度,2017,39(06):1353-1359.2.2.3 导电聚合物(CP)导电聚合材料与之前所提到的电活性聚合物材料都有所不同，是一种具有强导电性能的高分子材料。比较普遍的导电聚合物，如图，一般来说导电聚合物分子内是有一个共轭效应，能够发生氧化还原反应的平衡反应。在反应过程中，有关反应的渗透性、疏水性等能力都

22、可以变化，所以ERF能够当成晶体管和其他材料的原件等。导电聚合物不光能够进行原件的制作，还可以用在生物有关的系统上，这种导电性和生物非排斥性的能力的统一体，在实际应用中具有非常好的效果。 王成敏,任九生.电活性聚合物球壳的力电不稳定性J.固体力学学报,2015,36(01):1-7.图2 导电聚合物一般而言，ppy驱动器在使用过程中需要一定的电解溶液，这就极大的阻碍了这种驱动器在发展中的应用。研究者发现在PAN纤维加入一些导电介质能够大幅度的提升电导率。在电池水解时，聚丙烯具有电活性聚合物的性质，酸度的改变能够使导电聚合物的性质发生变化。 李晓锋,梁松苗,李艳芳,王永鑫,徐坚.仿生材料电活性聚

23、合物“人工肌肉”的研究进展J.高分子通报,2008(08):134-145.2.2.4 离子聚合物凝胶(IPG)通过凝胶法制备成离子聚合物，在PH值小于7时能够发生化学变化，离子聚合物凝胶可以发生电活性伸缩反应。科学家发现，离子聚合物的伸缩响应时间可以达到0.4h，但是伸缩响应只能进行几次而已，超过一定的次数便失效。所以，研究长期有效的离子聚合物驱动器变成一个困难的问题。目前已经有人发明了一种发动机，其驱动力就是由离子聚合物获得的。他们利用带有溶剂的离子聚合物放在水中，有机溶剂能够马上生成活性。一直源源不断的向溶液中添加凝胶，就能够让驱动器一直运行下去。这种化学驱动器在环保节能的化学领域中具有

24、非常大的前景。 危岩,李保松,付长奎,齐宏旭.电活性导电聚合物在生物医学中的应用J.高分子学报,2010(12):1399-1405.2.2.5 离子聚合物/金属复合材料（IPMC）离子和金属组成的新型智能材料，这种新型的智能材料是一种高分子的聚合物，同时也具有一定的活性。这种聚合物是由离子材料所组成的，通过这样的方法来区分离子电荷的不同。离子聚合物金属复合材料的柔软度比较好，质量小，不需要太大的电压，就能够发生形状改变，不仅能够在干燥的环境中发挥用处，而起还能够用于空气水分大的环境中，最大的特点是能够和生物体不发生排斥性反应，因此可以制备一些生物材料。最近几年，科学家研制出了一种新型的复合材

25、料，这种材料具有和一般聚合物不同的特点，除了能够和生物不发生排斥性反应以外，还能够制备成一种尺寸非常小的材料。研究表明，能够利用增加薄膜的厚度的办法来增加驱动力。 崔磊磊,栗丽,肖保辉.电活性聚合物薄膜大变形的力学响应分析J.价值工程,2014,33(14):303-304.3 电活性聚合物的发电原理及其力学性能3.1 电活性聚合物的发电原理由于电活性的聚合物质的形变反应能够在平板型的电脑上进行，而这一反应变化又会引起电容的具体数据发生相应的改变，所以我们可以推出可变式电容器可以由能够在双面形成柔性电极的聚集态电活性物质组成。 姜经帅. 单分散“活性”聚合物微球的制备及其在分子印迹技术领域的应

26、用D.南开大学,2014.图3呈现了相关系列反应，可以从中看出，聚集态电活性物质有状态U变成状态1的时候经历了三向预拉伸；而在状态1发展至状态之时其中单经历了双向预拉伸，具体变相为方向二的拉伸造成了压缩效果，因此增加了电活性聚合物的弹性势能；状态2至状态3在刺激电荷时需要使用高压静电场进行，这是和传统的压电陶瓷发电完全不同的模式；此时聚合物在方向二上是收缩状态，并在二积八向延伸，在聚合物中的受力均衡后停止延伸运动(其中的作用力分别是弹性/麦克斯韦应力）；状态3到4的转化是机械能变为电能，在外力停止作功时，聚合物方向的变化是压缩，弹性能向电能过度，以微观视角解释上述变化，则可以说是聚合物立维体积

27、的变化影响了两极电荷的相对位置关系，即正负电荷的远近和聚合物的薄厚呈现正相关变化关系，在此基础上由于聚合物厚度的减小引起同级电荷间距减少，从而提高两极电压和储能。由公式11推导电能的产出量：式中:C,U表示的是电容/电压的数值，该公式用于求取状态3到4时电能及相关变化量设该变化进行时，两段连接的电压保持恒定，可以再推出应力数值（垂直轴2）式中：分别是薄膜重量和重力加速度。设仅呈现两轴上的延展运动，那么分析模型得出相应轴1方向二的运动方程如下：上式呈现三轴原长，见图3，变量一是方向轴变量，变量二是状态，在这种模式下设在二方向施加恒定电压的电场，能够藉由上式得出这个设备在状态转化过程的电能增加量。

28、图3电导聚合物的发电原理分析3.2 电活性聚合物的力学性能由于电活性聚合物是超弹性材料，基于此对电活性聚合物进行力学性能的建模。从连续介质物理理论角度做出假设如下：（1）超弹性假设.设材料存在单位质量上的变量函数W，表示没有外界受力状态下的应变张量的表达式，设应力功率和W的时间变率数值一致，此时材料是超弹性材料，W表示超弹材质的机械性能，函数W的表达式多种多样，为表示本文研究的电活性聚合物，选用Mooney - Rivlin模型进行具体分析。（2）各向同性假设，假设材料各向且同性。(3)可压缩性为0假设，即材料在进行形变后其绝对体积不发生改变。在已有模型中进行综合分析筛选，根据实用性及简便性，

29、选择能对多种函数进行处理的 Mooney - Rivlin模型。假设主应变常量的一次项函数是应变能的密度，能够较为准确表明橡胶类超弹材质无物理力学特征，本文研究的电活性聚合物质形变量控制在35%以内，因此Mooney - Rivlin模型能够胜任分析工作。应变能函数与应变张量函数相关，表达式为:W = (I1,I2,I3).在实际中应用最普遍的是广义的Mooney - Rivlin应变能函数的表达式:式中:Cij 是材质相关系数;I1,I2,I3是右Canchy - Ureen应变张量的第1、第2、第3应变不变量.如果主伸长的比值用代替，同时压缩性为零的超弹性材料(I3= 1)，那么:Rivl

30、in和Saundersa经实验得出aW/ar近似常数，而a W/arz与1成反比，因此提出Mooney - Rivlin模型的应变能函数W的一般式:式中，材料参数=C。/C。，由超弹性理论可得，主变形率表达式为:式中，P为Lagrange乘子，又称静水压，由动力学边界条件界定。 4 电活性聚合物在各领域的应用4.1 EAP驱动器的实际应用研究在微型泵中使用DE/IPMC材质做泵膜，在手机摄像头的驱动器中使用IPMC材质等方面的研究已经有所进展，最新研究方向针对微创手术操作臂的电活性材质植入使用，具体见图4：图4 EAP材料的实际应用4.1.1 DE和IPMC在无阀微泵上的应用研究针对无阀微泵主

31、要材料选用环氧树脂与聚二甲基硅氧烷，选用DE/IPMC材料分别实验，图4为自制备的无阀微泵试件，实验数据见表一。这种材质制作的微泵生物排异性低。 党智敏. 电活性聚合物研究国际前沿:参加欧洲EAP-2013会议总结A. 中国仪表功能材料学会、重庆材料研究院、哈尔滨工业大学、功能材料期刊社.第八届中国功能材料及其应用学术会议摘要C.中国仪表功能材料学会、重庆材料研究院、哈尔滨工业大学、功能材料期刊社:,2013:1.表一 ：DE和IPMC无阀微泵实验数据泵膜材料施加电压频率流量DE3.1 kV5 HzIPMC3 V2 Hz4.1.2 IPMC在微镜头调焦系统中的应用研究将调焦驱动器的主体原料换做

32、IPMC可以解决现有调焦元件的能耗大，结构复杂，控制回路繁琐问题。实验中采用IPMC制作的瓣形致动器驱动效果良好。数据见下表二：表二：瓣形驱动器不同电压下的位移情况电压最大位移2 V0.54 mm3 V1.30 mm4.1.3 EAP材料在微创手术臂上的应用探讨EAP材料生物排异性低，可以用于生产临床用仿生材料和医疗器械。现在已经有科研人员着手EAP材料微创手术臂的研发。具体模型参考图4。在这项研究里，将重点攻关功能材料的驱动与固定方面的技术难点，开创微创手术新材质操作臂机械构件柔性驱动的研究新领域。 林桂娟,张欣波.电活性聚合物发电实验J.厦门学报,2013,21(03):45-49.4.2

33、 偏氟乙烯基系列电活聚合物    偏氟乙烯系列的聚合物质的特征是有着超出一般材料的电导活性特质。对于电导致的形变反应非常敏感，目前广泛应用于各个行业和领域内，成为新兴的宠儿。在生物医疗，重工军事，电子通讯等热门行业被大量使用。由于该系列的强电导活性高分子聚合材料的使用覆盖领域过于广泛，无法全部都展示出来，因此特地选择其中的代表性应用例子来作主要阐述。 党智敏,王岚.智能材料:电活性聚合物的研究J.功能料,2005(07):13-19.4.2.1 电活聚合物在水声传感设备与换能设备上的应用在水声换能设备中加入高分子电导聚合物质首先是在军

34、事领域进行试水性的研究和开发的，具体有水下侦查系统和感应探测系统等电子机械设备的研发。紧接着随着技术的进步完善以及科技的不断发展，又被应用在地外科研领域以及地内科研领域，多是研发探查装置。由于潜艇设备的生产技术以及工艺的提升，传统声呐的侦查能力已经远远不能满足现代军事的要求，因此主动侦查型声呐成为新的必要军事诉求。而由实验得出高能辐照处理过高分子材料对声音的物抗能达到和水同步数据的情况。由这种物质制造而成的水听器能够消除一般设备的自身干扰问题，正常且高效地完成任务。由于超电导高分子材料的这个特性，现在许多生产者都摒弃其他材料，积极投入电活聚合物在声呐设备上的使用和研发之中。 王化明,陈峰洪,李

35、鹭扬,汪洋,朱银龙.介电型电活性聚合物传感单元设计J.农业机械学报,2017,48(03):383-389.4.2.2 电活聚合物在超声传感设备和换能设备上的应用关于机器人等电子机械设备上进行接近感应器装置的配备和使用的原因有以下3点：首先，为了在和目标物体进行对接时能够及时接收相应的信息，好进行对应反应的预判和预处理。其次，对机器人实时的可活动空间和可活动范围进行侦查，方便在检测到有障碍物体时做出对应处理，防止碰撞造成的效率降低和设备损坏。再次，可以实时接收目标物质的物理状态特征，如大小，体积，方向，位置等信息，方便后续作业的展开。利用偏氟乙烯基聚合物来作为超声探测设备的基质，可以达到使得机

36、器人探测活动高效灵活展开的目的，针对这一方面的电活材料的研究和使用，将形成一个庞大的经济效益可观的高利市场。4.2.3 医疗传感器和换能器4.2.3 电活聚合物在医疗传感设备和换能设备上的应用与传统的压电陶瓷进行性能对照下我们不难发现电活聚合物在声阻抗的性能表现上远远超出传统物质在超声波模拟成像方面的表现。PVDF物质独有的优势为：接收回应的频幅较宽、能够维持相对程度的稳定性以及相较之下比较优秀的强度。应用于超生成像领域时对于提升成像清晰度以及图像的分辨率方面有着优秀的表现。临床医学在超声波设备中对压电聚合物的应用中，主要有以下三种形式:超生探头应用、超生识别成像设备以及超生发射装置

37、。在其中，这种由聚合物组成的体外探头能够对人体心肺组织的活动情况及生理性状有一个充分的检查。拍摄成像效果比传统设备要清晰许多。同时PVDF超声发射装置在体外无创碎石技术中被广泛应用。由于其超生冲击波的频率和强度十分适合进行肾结石，胆结石尿路结石的无创碎除，操作简单，手术时间段，术后恢复期短，手术操作简单等一系列突出优势，受到患者以及医生的广泛推崇。已经成为小型结石治疗领域的热门手术方式，具有极佳的发展前景。4.3 电活性聚合物在临床及生物医学领域的应用4.3.1 对药物的释放速率进行控制最新的实验研究进行过程中，在复合型纳米管材料/PANi的里面注入基因工程药物，同时对电位及电荷进行相关干预，

38、以便达到操控纳米管中药物分子出入量及出入的时间以此来实现对药物成分的作用效果和起效时间的控制。把高分子生物性导电纳米物质覆盖在药物的表面，能做到控制药物释放快慢速率的效果，通常采用这种做法是为了延迟药物的起效时间并达到延长药物作用时间的效果。目前被采用的离子电疗法的作用原理是利用电化学反应进行药物的皮下渗透来达到满足体内治疗的目的。原理可以看作是将导电聚合物模拟成电池结构，通过掺杂/脱杂的双向过程变化起到对药物进行体内外双向传导的作用，即嵌入/脱离过程。在要求药物起效时，接通电路，使得药物完成皮下渗透进入人体发挥药效，参与组织修复及生命活动。在上述领域，聚毗咯物质是发现最早以及以应用最广的物质

39、，有相关报道指出电纺丝制备该种物质已经在生物组织领域以及聚合分子药物缓释领域上取得了突破性的进步及成果。4.3.2 组织工程在生物医学研究领域中对于临床放置于生物(主要是人体)骨结构中的材料一般有着较高的要求，如需要具备优秀的生物体兼容性以及良好的骨诱导性，同时对其提出具备应激性反应，即对外界刺激信号产生回向反应，还要求对细胞的增性分裂，分化以及矿化产生相应的作用。具有电传导性以及电活性的高分子物质具有对细胞间的即时生物电信号的传导作用，以及对激素的调节及释放的作用，代表物质有聚苯胺，这类物质能够对特定的某个靶器官或者生物组织进行想过生命活动的参与，以及加快进程，如组织的修复，细胞的再生，创伤

40、的愈合等。聚合物聚毗咯通常在实际与临床中被作为组织生长的支撑构架被广泛应用，通常应用于神经细胞的生物刺激，骨质细胞的增殖分裂，血管的再生移植修复和体外器官组织的培养如肝脏组织等生物体再生修复工程上。在实验室的研究过程中，通过聚乳酸握基乙酸共聚物来作为基底材料，把少量聚毗咯对实验鼠进行体内植入测试，结果证明生物体对这种物质具有极佳的相容性和较少的排异反应表现。另有研究性实验表明，聚毗咯和透明质酸混合后会形成新物质聚毗咯I A，将这种新型混合生成物质对实验生命体进行动物测试，发现其具有良好的血管促生效果和极佳的活体组织催生作用。对神经的修复也具有很好的效果，能够在细胞生物工程领域进行推广和使用，如

41、组织器官的修复再生以及人体体外培养组织体的移植上。5 前景与展望截至目前为止因为聚合物（电活性）有异于现今发现的其他材料的特别之处，这种材料被研究人员青睐有加，各方学者对热衷于对其展开深入研究。在世界上，已经有不同国家的聚合物实验室研发成功了可以发生一定形变或者是可以进行纵向使用的电活性聚合物物质，这种新型材料的特殊之处是能够在仿生领域进行大规模的使用，这是由于该种聚合物和自然活性生命体进行的相关测试中，通过数据显示几乎不出现排异性的反应现象。如若该种聚合物材料能够大面积在仿生领域进行应用，其前景相当有发展空间。而对于驱动设备相关材料的运用在如今还是极为少见的，因此研究方向仍然几乎是空白，亟待

42、学者们投入更多的精力和热情。希望在今后关于电活性聚合物的研究能取得更加突破性的进展和胜利，从而完善该物质，甚至是研制出更加出色，实用价值更高的聚合物分子材料。6 结论本文从多种电活性聚合物材料的研究现状出发展开。电活性聚合物可以分成离子型聚合物以及电子型聚合物。离子型聚合物（EAP）主要由碳纳米管、导电聚合物、电致流变液体、离子聚合物凝胶以及离子聚合物符复合材料组成的。离子型EAP材料的不足之处是必须要有润湿度，并且在电流下不能保持稳定的移动；电子型EAP由介电 EAP、电致伸缩接枝弹性体、电致伸缩纸张、铁电体聚合物和液晶弹性体（LCE）等组成。在电流刺激下，电子型EAP产生多种效应，如铁电效应等，并且电子型EAP离子型EAP刚好相反，在电流刺激下能够发生位置移动。不管是哪种EAP材料，都会有非常大的弯曲响应。致 谢看着这篇浓缩着大学四年精华的论文，突然就觉得安静了。时光匆匆，不过也就是四年的缘分