透明IPMC材料的制备及其机电性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caressliu
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离子聚合物-金属复合材料(Ionic Polymer-Metal Composite,IPMC)是由中间离子聚合物层和两侧电极层组成的一种柔性智能材料,具有驱动电压低、响应速度快、柔韧性好、变形大等优点,在电子器件、仿生机器人、生物医疗等诸多领域都有重要的研究意义。随着IPMC应用领域的不断扩大,对IPMC材料研究提出了越来越多新的要求。如在电子器件领域,很多柔性电子器件对智能材料提出了具有光学透明性的要求,而将IPMC材料应用到该领域就要开发出一种具有一定透明度的IPMC。本文则主要围绕透明IPMC制备工艺以及相关性能的探索而展开的研究。首先,进行透明IPMC制备工艺的探索。以Nafion/IL基体膜作为透明IPMC的中间聚合物层,分别利用银纳米线(AgNW)和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)作为电极层材料进行探索。基于AgNW电极的透明IPMC采用浸泡法和涂覆法进行工艺探索,结果证明采用涂覆法可以制备透明IPMC,但是基于AgNW电极的透明IPMC性能差且电极容易脱落,制备的样品在实际应用中仍然具有诸多问题。而基于PEDOT:PSS电极的透明IPMC分别采用热压法和滚涂法进行实验探索,结果发现,用滚涂法可以制备较为均匀的透明IPMC,同时还具有较好的低压驱动特性。其次,对基于PEDOT:PSS电极的透明IPMC的微观特性、透明性、电化学特性、力学性能、驱动性能进行了系统的研究。透明IPMC具有传统IPMC的三层结构,也具有较好的电化学特性和力学性能。研究表明,随着电极含量的增加,透明IPMC样品的最大尖端位移随之增大。最大尖端位移随着电压信号幅值的增加而增大,随着信号频率的增加而减小,这说明透明IPMC具有高频衰减的特性。对透明IPMC施加直流电压时,在施加电压后的0.5s内尖端位移达到最大,之后尖端位移有小幅度的下降,说明本文制备的透明IPMC具有反向松弛特点。最后,简要探究了基于PEDOT:PSS电极的透明IPMC的传感特性,搭建了透明IPMC传感性能测试平台,并测量了透明IPMC产生传感电压信号的大小。本文对透明IPMC制备工艺进行了深入研究并提出了一种切实可行的制备方法,对其性能进行了系统性的研究,为实际应用提供了重要的参考依据。
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