【摘 要】
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空气中致动的离子型软质驱动器（air-working ionic soft actuator,AWIS actuator）是一种新型的电致动的软质驱动器,近年来得到科研工作者的广泛关注,它在较低的电场激励下能脱离溶液环境在空气中稳定致动。为了实现AWIS驱动器的大弯曲应变、快速响应、低驱动电压和致动耐久性,柔性电极是关键部件。本文采用三维石墨烯作为电极材料制备AWIS驱动器,使其更有利于电荷积聚和
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空气中致动的离子型软质驱动器（air-working ionic soft actuator,AWIS actuator）是一种新型的电致动的软质驱动器,近年来得到科研工作者的广泛关注,它在较低的电场激励下能脱离溶液环境在空气中稳定致动。为了实现AWIS驱动器的大弯曲应变、快速响应、低驱动电压和致动耐久性,柔性电极是关键部件。本文采用三维石墨烯作为电极材料制备AWIS驱动器,使其更有利于电荷积聚和传输过程,从而提高软质驱动器的电机械性能。主要研究内容及结果如下:（1）首先以氧化石墨为原料,经超声剥离,水热还原自组装和冷冻干燥得到三维石墨烯气凝胶3DGX（X代表所用氧化石墨烯水溶液浓度Xmg/ml）,研究发现,当氧化石墨烯浓度为3mg/ml时,制备得到的材料比表面积和孔体积最大。将3DG-X用作电极材料,聚（3,4-乙烯二氧噻吩）:聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT:PSS）作为粘结剂,与聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）/离子液体（EMIBF4）电解质层通过热压得到AWIS驱动器。三维石墨烯驱动器性能明显优于二维石墨烯基驱动器。详细考察了用量对驱动性能的影响,发现当材料添加量为2mg的3DG-3时,驱动器具有最佳的性能,驱动位移为10.48 mm（3 V 0.1 Hz）。（2）通过在惰性气氛,采用不同温度热处理3DG-3得到3DG-3-Y（Y代表热处理温度700℃,800℃,900℃）。当热处理温度为800℃时,得到了最大的比表面积及孔体积的3DG-3-800。两探针薄膜面电阻测试结果表明,经高温热处理的三维石墨烯面电阻明显变小。将3DG-3-Y作为电极材料制备成一系列不同质量分数的电极层,然后与电解质层组装成驱动器。当3DG-3-800添加量为2mg时,驱动器得到了最好的驱动位移性能,在3V0.1 Hz下驱动位移为12.22 mm。（3）在三维石墨烯水热还原自组装的过程中添加尿素与氧化石墨烯共同水热,得到氮掺杂三维石墨烯水凝胶,冷冻干燥形成气凝胶。考察了氧化石墨烯与尿素质量比（为3:1,2:1,1:1,1:5）对含氮三维石墨烯的微结构以及以其为电极的驱动器的驱动性能的影响。实验发现,驱动器的位移随着添加的尿素质量增加出现先上升后下降的趋势,当氧化石墨烯和尿素质量比为1:1时,制备得到的AWIS驱动器位移最好,为11.85 mm。
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