针对电活性聚合物(EAP)薄膜制造柔性智能器件的发展要求，分析了电活性聚合物薄膜的正/逆力-电特性及发电机理，采用静电诱导自组装技术在电活性聚合物表面制备了碳纳米管薄膜电极，然后构建了柔性传感器件。实验研究了EAP柔性器件的手指关节弯曲姿态及脚踏运动触觉的传感特性。扫描电子显微(SEM)形貌观察表明：碳纳米管薄膜呈网状结构且质地致密均匀。基于EAP柔性器件的手指弯曲姿态实验结果表明：在手指弯曲度为15~90°时，输出电压峰值为1.2~3.7 V，展示了输出电压峰值与手指弯曲度之间的高线性度，线性相关系数为0.9951。此外，采用EAP薄膜器件对踏步触觉进行了实验测试，其输出电压峰值在1 V左右，而且具有响应快、可重复性好等优势。本文的研究为电活性聚合物薄膜型电子皮肤及触觉传感器的发展提供了理论基础和实验依据。

为了给高性能微机电系统(MEMS)薄膜器件提供复合功能薄膜材料, 本文将功能化碳纳米管与聚电解质溶液交互沉积技术用于静电诱导逐层自组装碳纳米管/聚合物薄膜。对薄膜制备及其性能的可调控性进行了表征和测试。扫描电镜显微(SEM)形貌观察表明, 碳纳米管与聚合物分子链结合致密, 形成了质地均匀的随机碳纳米管网络结构。拉曼光谱结果表明, 碳纳米管在径向呼吸、缺陷振动、拉伸振动等模式下的指纹特征光谱证实了碳纳米管的有效组装和加载。用石英晶体微天平(QCM)对碳纳米管/聚合物薄膜自组装过程进行了在线实时监测, 结果揭示了沉积薄膜厚度和薄膜结构的可调控性。当聚电解质层数由0递增到5时, 子层膜厚由6.31 nm增加到111.59 nm, 碳纳米管加载体积比由72.35 %减小到14.78 %。此外, 基于I-V表征研究了碳纳米管填充体积比及其薄膜厚度对碳纳米管/聚合物薄膜电学特性的影响, 为实现碳纳米管/聚合物薄膜电学性能的可调节性提供了实验及理论依据。

针对用电活性聚合物(EAP)薄膜制造柔性智能器件提出的理论模型和性能要求, 采用一种铁电高分子聚合物薄膜制作了柔性结构器件, 建立了它的动力学方程、振动行为模型及其机电性能描述。研究了预张力-抗弯刚度、驱动电压、器件几何参数对柔性薄膜器件性能的影响。提出了柔性薄膜器件在预张力和抗弯刚度共同作用下的振动行为模型及其特征化描述, 用数值模拟和有限元仿真研究了杨氏模量及预张力-刚度比对柔性薄膜结构振动行为的影响, 基于有限元模型与激光多普勒技术模拟和实测了EAP薄膜柔性结构的模态振型。此外, 基于压电激励-激光拾振方法研究了驱动电压及器件几何尺寸对EAP薄膜柔性结构动态响应特性的影响。实验结果验证了激光多普勒技术用于EAP薄膜智能器件测试的有效性, 揭示了EAP薄膜柔性结构器件的工作机理及动态性能, 1 V驱动电压可产生精密位移21.6 nm。本文为研究EAP薄膜器件提供了理论基础和实验依据。

考虑基于传统的介电常数法动态测量原油含水率时存在多变量交叉敏感性, 检测精度无法满足石油生产实时优化控制的需要, 研究了利用多传感技术对存在交叉耦合的多敏感参量进行测量, 提出了一种基于多维数据驱动的遗传优化小波神经网络逆模型及其辨识方法。该模型克服了传统神经网络初始参数随机选取的盲目性, 具有全局优化和复杂非线性自学习性能, 摒弃了多影响因素之间的交叉敏感性。仿真和实验结果表明了该模型的有效性, 其模型预测值与实验标定值之间的相关系数为0.999 6, 优于BP-NN模型。该方法具有较强的泛化能力和鲁棒性, 有效抑制了温度、矿化度等多参量交叉敏感性及传感器自身非线性对测量精度的影响, 改善了多传感器系统的非线性动态特性和检测精度。

在振动力场诱导聚合物塑化成型作用下，建立了聚合物熔融挤出过程中的熔体温度分布模型，研究了模头温度、振动力场的振幅、频率等工艺参数对挤出过程中熔体温度的影响。提出了基于多项式和高斯RBF核函数变换的两种非线性岭回归模型(PT-RR和GRBF-RR)，并对具有非线性、非等温、强耦合特征的熔融过程熔体温度分布进行研究。该建模方法实现了多变量输入样本的高维特征空间非线性映射与重构，充分挖掘了多影响因素之间的耦合信息。仿真实验结果表明了PT-RR和GRBF-RR模型的有效性，其回归预测值与实验测量值之间的相关系数均值分别为0.994 0和1。由于GRBF-RR模型取得了满意的模型精度，本文基于对GRBF-RR模型的数值模拟分析了各影响因素对熔体温度分布的交叉耦合影响，表征了聚合物熔融挤出成型过程中熔体温度分布的规律。该项研究可为提高精密挤出制品质量及优化配置各工艺参数提供决策依据。