《河南省化学会2012年学术年会论文摘要集》2012年

  本文关键词：IPMC电致动器的制备技术及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

《河南省化学会2012年学术年会论文摘要集》2012年

二氧化硅/全氟磺酸杂化膜基离子交换电致动器

程瑜  位自英  郭东杰  方少明  

【摘要】：IPMC致动器是由离子交换膜(离子交换当量:～0.95mmolH+/g)与嵌在膜两侧的惰性金属(Pt、Au等)纳米电极组成。用于离子交换的聚合物膜有全氟磺酸(PFSA,商业名为Nafion)或者全氟碳酸(PFCA,商业名为Flemion),这类薄膜内部存在着固有的纳米级微管道,电场下薄膜内部水合阳离子的定向迁移宏观上表现为IPMC的形变。目前,IPMC致动器有两个缺点:力输出较低和非水工作时间较短。依据致动原理,力和位移输出源于水合阳离子的迁移,故增加膜内水的迁移密度可望解决上述难题。在实际试验中,IPMC置于空气气氛下工作,由于蒸发、电解(水的电解电压为1.23V),水含量逐渐降低,以至于致动器不能工作。因此,提高水的含量和微管道密度对于提高其电致动性能非常重要。另外,全氟磺酸聚合物膜的机械性能较低,很难提供大的力输出,故需增加膜的机械性能。本文目的是制备机械性能理想、保水能力强、成本低廉的离子交换膜,进而制备力输出大和非水工作时间长的离子交换电致动器。在本文中,研制了一种高多孔度、高模量的离子交换聚合物薄膜,并将之用于离子交换聚合物金属复合材料(IPMC)致动器。利用全氟磺酸的酸性(PH=2.0),二氧化硅前体(四乙氧基硅)缓慢发生溶胶-凝胶反应,产生的无定形二氧化硅颗粒与强极性的全氟磺酸大分子共结晶,形成了一种有机-无机杂化膜。ATR-FTIR测试表明掺杂SiO2后薄膜的保水性能明显提高。机械性能测试表明杂化膜的弹性模量和硬度约为商业膜的2倍。FESEM图片显示杂化膜有高度的多孔度,杂化膜的内部存在着大量的直径为100～300nm的微管道,多孔度增加了26.9%。在薄膜内部,存在着大量的直径为100～300nm的微管道。制成IPMC致动器后,较杂化前的致动器,其电致动性能增加了6～8倍;非水工作时间延长了6～7倍。

【作者单位】：郑州轻工业学院材料与化学工程学院
【分类号】：TP273
【正文快照】：

01002003004005006007000.000.050.100.150.200.25Test1Test2Test3Froce/mNDisplacement/nma:PFSA01002003004005006007000.000.050.100.150.200.25Test1Test2Test3Froce/mNDisplacement/nmb:Si-PFSA图1薄膜的力-位移曲线。(a)PFSA膜;(b)Si-PFSA膜二氧化硅/全氟磺酸杂化膜基

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