Nafion薄膜/金属复合材料的制备及其电致动性能研究

摘要

离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer-Metal Composites,IPMC)是一种新型的智能材料,在电场驱动下,能产生摆动、弯曲等类似肌肉的响应,在致动器、传感器和人工肌肉等方面有广阔的应用前景。传统IPMC材料由离子聚合物薄膜和金属铂(Pt)电极复合而成,生产成本高且致动性能较不稳定,导致材料很难投入实际应用。本文依据上述情况,探索低成本IPMC材料的制备工艺并对金属电极进行优化改性,提高材料的使用性能和寿命。
　　 采用金属银(Ag)作电极材料,并用银镜反应还原Ag离子,形成IPMC的表面电极,合成了Ag-IPMC:针对该方法制备的电极层缺陷,在还原反应中添加分散剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)；并利用磁控溅射技术在Ag-IPMC表面溅射纳米金(Au)颗粒,分别得到PVP-Ag-IPMC和新型的双金属电极Au-Ag-IPMC材料。
　　 利用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪和原子力显微镜等仪器分析以上不同制备工艺下IPMC材料的表面电极结构；采用四探针法和拉伸实验等手段表征IPMC的物理性能；并研究IPMC人工肌肉材料在驱动电场下的末端形变量、输出力和致动寿命等特性,探索膜内阳离子、材料含水能力、电极厚度和电场等因素对材料电致动性能的影响。为进一步开发IPMC智能材料提供理论依据和现实可能。