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<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Volpini,&#x20;Valentina</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Bardella,&#x20;Lorenzo</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Rodella,&#x20;Andrea</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Cha,&#x20;Youngsu</dcvalue>
<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Porfiri,&#x20;Maurizio</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="accessioned">2024-01-20T02:02:54Z</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="available">2024-01-20T02:02:54Z</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="created">2021-09-01</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="issued">2017-03</dcvalue>
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<dcvalue element="description" qualifier="abstract">Ionic&#x20;polymer&#x20;metal&#x20;composites&#x20;(IPMCs)&#x20;consist&#x20;of&#x20;an&#x20;ionomeric&#x20;membrane,&#x20;including&#x20;mobile&#x20;counterions,&#x20;sandwiched&#x20;between&#x20;two&#x20;thin&#x20;noble&#x20;metal&#x20;electrodes.&#x20;IPMCs&#x20;find&#x20;application&#x20;as&#x20;sensors&#x20;and&#x20;actuators,&#x20;where&#x20;an&#x20;imposed&#x20;mechanical&#x20;loading&#x20;generates&#x20;a&#x20;voltage&#x20;across&#x20;the&#x20;electrodes,&#x20;and,&#x20;vice&#x20;versa,&#x20;an&#x20;imposed&#x20;electric&#x20;field&#x20;causes&#x20;deformation.&#x20;Here,&#x20;we&#x20;present&#x20;a&#x20;predictive&#x20;modelling&#x20;approach&#x20;to&#x20;elucidate&#x20;the&#x20;dynamic&#x20;sensing&#x20;response&#x20;of&#x20;IPMCs&#x20;subject&#x20;to&#x20;a&#x20;time-varying&#x20;through-the-thickness&#x20;compression&#x20;(`compression&#x20;sensing&amp;apos;).&#x20;The&#x20;model&#x20;relies&#x20;on&#x20;the&#x20;continuum&#x20;theory&#x20;recently&#x20;developed&#x20;by&#x20;Porfiri&#x20;and&#x20;co-workers,&#x20;which&#x20;couples&#x20;finite&#x20;deformations&#x20;to&#x20;the&#x20;modified&#x20;Poisson-Nernst-Planck&#x20;(PNP)&#x20;system&#x20;governing&#x20;the&#x20;IPMC&#x20;electrochemistry.&#x20;For&#x20;the&#x20;compression&#x20;sensing&amp;apos;&#x20;problem&#x20;we&#x20;establish&#x20;a&#x20;perturbative&#x20;closed-form&#x20;solution&#x20;along&#x20;with&#x20;a&#x20;finite&#x20;element&#x20;(FE)&#x20;solution.&#x20;The&#x20;systematic&#x20;comparison&#x20;between&#x20;these&#x20;two&#x20;solutions&#x20;is&#x20;a&#x20;central&#x20;contribution&#x20;of&#x20;this&#x20;study,&#x20;offering&#x20;insight&#x20;on&#x20;accuracy&#x20;and&#x20;mathematical&#x20;complexity.&#x20;The&#x20;method&#x20;of&#x20;matched&#x20;asymptotic&#x20;expansions&#x20;is&#x20;employed&#x20;to&#x20;find&#x20;the&#x20;analytical&#x20;solution.&#x20;To&#x20;this&#x20;end,&#x20;we&#x20;uncouple&#x20;the&#x20;force&#x20;balance&#x20;from&#x20;the&#x20;modified&#x20;PNP&#x20;system&#x20;and&#x20;separately&#x20;linearise&#x20;the&#x20;PNP&#x20;equations&#x20;in&#x20;the&#x20;ionomer&#x20;bulk&#x20;and&#x20;in&#x20;the&#x20;boundary&#x20;layers&#x20;at&#x20;the&#x20;ionomer-electrode&#x20;interfaces.&#x20;Comparison&#x20;with&#x20;FE&#x20;results&#x20;for&#x20;the&#x20;fully&#x20;coupled&#x20;nonlinear&#x20;system&#x20;demonstrates&#x20;the&#x20;accuracy&#x20;of&#x20;the&#x20;analytical&#x20;solution&#x20;to&#x20;describe&#x20;IPMC&#x20;sensing&#x20;for&#x20;moderate&#x20;deformation&#x20;levels.&#x20;We&#x20;finally&#x20;demonstrate&#x20;the&#x20;potential&#x20;of&#x20;the&#x20;modelling&#x20;scheme&#x20;to&#x20;accurately&#x20;reproduce&#x20;experimental&#x20;results&#x20;from&#x20;the&#x20;literature.&#x20;The&#x20;proposed&#x20;model&#x20;is&#x20;expected&#x20;to&#x20;aid&#x20;in&#x20;the&#x20;design&#x20;of&#x20;IPMC&#x20;sensors,&#x20;contribute&#x20;to&#x20;an&#x20;improved&#x20;understanding&#x20;of&#x20;IPMC&#x20;electrochemomechanical&#x20;response,&#x20;and&#x20;offer&#x20;insight&#x20;into&#x20;the&#x20;role&#x20;of&#x20;nonlinear&#x20;phenomena&#x20;across&#x20;mechanics&#x20;and&#x20;electrochemistry.</dcvalue>
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