离子聚合物-金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composite,IPMC)是一种三明治结构复合材料,一般由电极层-基体膜层-电极层组成,对电极层施加低于10V的激励时可产生非常明显的弯曲形变。在现有的研究中,以片状结构IPMC驱动器最为典型。然而随着对IPMC材料的深入探索,一方面材料的弯曲形变难以满足多样化应用的需求,另一方面电极层对称性的要求为图案化设计带来了困难。针对这一问题,本文设计了一种单层电极型IPMC材料。它由电极层-基体膜层-封装层组成,其中电极层具有间隙,在外加激励下可以产生S型变形。本文主要从材料制备、性能影响规律、应用探索三个方面对其展开研究。首先,本文以化学镀为基础,综合了掩膜法/表面加工法进行制备。掩膜法的关键是选择掩膜材料,实验证明3M4910VHB胶带的掩膜效果最好。表面加工法选用了激光雕刻和刀刻。实验表明,激光雕刻适合制造小电极间隙(<0.5mm),刀刻适合制造大电极间隙(>0.5mm)。然后,探究了单层电极型IPMC材料变形的影响因素及其影响规律。其结构尺寸(长、宽和电极间隙)及外加激励(电压的幅值和频率)都会对变形产生影响。正交实验表明,单层电极型IPMC材料长为50mm,宽为5mm,电极间隙为1.5mm时变形性能最好。在一定范围内,施加正弦波/方波激励时,单层电极型IPMC材料的变形随着电压幅值的增加而增加,随着电压频率的增加而减小。最后,本文基于单面电极IPMC材料设计了一些柔性驱动器及仿生器件。其中,举重驱动器可以将自身重量135.8%的重物举高15mm;线性致动器收缩率可以达到15.6%;旋转驱动器可以转动34°,转速可以达到11.3°/s;仿生花可以在1min内快速绽放;仿生虫在10°的斜坡环境下,下坡速度可达19.09mm/min。本文的研究对开发仿生机器人,简化柔性机械的结构设计具有极大的应用价值,对于推动它在柔性机械领域中的发展提供了重要的参考依据。