离子聚合物金属复合材料(ionic polymer metal composite,IPMC)是一种离子型电活性聚合物,具有驱动电压低、位移变形量大、反应迅速和质量轻等优点,作为新型的电致动材料具有广阔的应用前景。但是现有的IPMC电致动材料存在输出力小和非水工作时间短的缺点。通过制备厚度上具有梯度变化的三维IPMC来提高IPMC的驱动性能;采用不易电解挥发、稳定性较好的乙二醇作为IPMC的工作介质,延长IPMC的非水工作时间。研究结果表明,在相同幅值的正弦交流电压下,具有一定梯度结构的IPMC能够显著提高其形变位移和输出力,幅值为3.5V时,形变位移和输出力较相同质量厚度的平面型IPMC分别提升了7.0%和47.9%;用乙二醇置换水作为工作介质的平面型IPMC,其非水工作时间得到大幅提升,从150s延长至300s。IPMC电机械输出性能的提升和非水工作时间的延长对于IPMC在驱动领域的进一步应用开发具有重要意义。
离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composite,IPMC)是由聚合物基底膜和金属电极复合而成的一种新型的离子型电致动材料.对基底膜进行表面粗化处理,改善聚合物基底和金属电极间交界面构筑方式是提高材料性能的重要方法.本文针对IPMC人工肌肉的制备提出了一种可控的基底膜定向表面粗化方法,基于UMT-2摩擦磨损试验机的线性往复运动设计了一套IPMC基底膜表面粗化装置.对比手工粗化,采用3种载荷对Nafion商业膜表面进行了机械粗化处理.对不同粗化条件获得的基底膜以相同的工艺制备IPMC,研究了不同粗化方法和条件对IPMC人工肌肉力和位移输出性能的影响.结果表明,机械粗化能够排除手工粗化过程中人为因素的影响,做到粗化加载的力度及方向性可控,使磨痕深浅均匀方向一致.相比手工粗化,通过机械粗化可以改善基底膜与电极层之间的构筑紧密程度,增加铂颗粒的吸附能力和沉积厚度,获得更为平整致密、裂隙均匀有序的表面电极,从而降低IPMC表面电阻,提升力和位移输出能力.致密且较厚的电极层同时可以阻挡一部分水分的泄露,延长IPMC有效工作的时间.该研究能够提升IPMC制备工艺的稳定性,为IPMC制备的标准化奠定基础,同时提高IPMC人工肌肉的驱动性能,对IPMC人工肌肉的进一步开发应用提供保障.
