电活性聚合物条的弯曲建模

离子电活性聚合物（例如 Nafion）可用作传感器或执行器。为此，将水饱和材料的薄膜夹在两电极之间。水饱和导致聚合物近乎完全解离并释放出小阳离子。跨厚度施加电场会导致条带弯曲。反之，当条带弯曲时，可在两电极间检测到电压。该现象涉及电-机械-化学类型的多物理场耦合。我们先前已对该系统建模，并利用线性不可逆过程热力学确定了其本构方程。我们将该模型应用于悬臂 PEA 条带在其两表面承受连续电压（静态情况）的情形。利用大位移梁模型计算施加的力和尖端位移。我们还研究了为阻止自由端位移而需施加的力（阻塞力）。针对 Nafion 进行了数值模拟。我们绘制了条带厚度方向上阳离子浓度、压力、电场和电势的分布曲线。这些量在条带中心部分几乎恒定，在电极附近急剧变化。所得尖端位移和阻塞力数值与文献中发表的实验数据吻合良好。这两个量均为所加电势的线性函数；尖端位移随长度平方变化，阻塞力与宽度成正比且与长度成反比。