离子聚合物金属复合材料的制备及驱动性能研究

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离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composites, IPMC)是一种新型的电活性聚合物材料,具有驱动电压低,形变位移大,质量轻,以及响应迅速等优点。但现有的IPMC电致动材料仍存在输出力小和非水工作时间短的缺点,此外,传统二维IPMC在实际应用中不能满足结构多样化要求,因此发展三维IPMC,进一步提升IPMC的驱动性能,具有重要意义。  本文针对IPMC的缺点,从优化基底膜结构,改变IPMC工作介质来提高IPMC的驱动性能,制备柔性伸展材料,探索将IPMC应用于柔性捕获技术。具体工作如下:  (1)分别制备了基底膜厚度为0.33 mm、0.24~0.43 mm、0.15~0.52 mm的IPMC。测试了水作为工作介质条件下三种IPMC的输出位移和输出力性能。测试结果表明,基底膜厚度为0.24~0.43 mm的IPMC驱动性能最优,在3.5 V,0.1 Hz的电压下,输出位移和输出力较相同质量均匀厚度的IPMC分别提升了7%和47%。使用乙二醇替换水作为IPMC工作介质使其离水工作时间延长了一倍。  (2)制备了多孔基底膜结构的IPMC,将离子液体([EMIm]SCN)替代水作为工作介质,并对不同类型的IPMC进行了驱动性能测试。测试结果表明,使用离子液体替换水作为IPMC的工作介质,提高了IPMC可允许施加的工作电压,Nafion基底膜多孔结构的存在为离子液体提供了较大的迁移空间,提高了离子液体的迁移速度。此外,离子液体作为工作介质时,大幅度延长了IPMC的离水工作时间,测试5 h仍保持稳定的输出效果,稳定在最大值的88%左右。  (3)制备了具有图案化电极的IPMC柔性伸展材料,通过控制IPMC的输入信号,从而驱动和控制IPMC的运动,实现伸展、弯曲等动作,并对柔性伸展材料驱动过程进行演示。
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