IPMCs的制备工艺及电—力响应特性研究与应用
发布时间：2021-11-26 19:44
IPMCs是一种新型的离子型电活性聚合物材料,它具有柔性好,驱动电压低,弯曲变形大,响应迅速,可在水环境下工作,良好的生物相容性等特点。同时IPMCs不仅能在几伏外电场的作用下产生大幅的弯曲响应,也能在发生形变时输出电信号,可实现电能与机械能的相互转化,即具备良好的驱动特性和一定的传感能力。在医疗、仿生和MEMS应用等方面具有广阔的发展前景。虽然IPMCs具有广阔的应用前景,但银基离子聚合物金属复合材料（Ag-IPMCs）制备工艺不完善、材料应用面较窄的缺点,在一定程度上限制了 IPMCs的进一步发展。因此,本文针对IPMCs的制备工艺、基本电学特性和仿生应用等多方面进行研究。针对Ag-IPMCs制备过程中,次化学镀工艺的不完善,本文以杜邦公司的Nafion-117质子交换膜作为基底膜,采用化学镀工艺,根据次化学镀次数的不同,对Ag-IPMCs的工艺进行了详细的探究,同时采用化学镀和梯度升温的方法制备了传统的Pt-IPMCs。并对所得样品的微观形貌、成分、含水率、表面电阻、驱动性能（输出位移、输出力、工作介质）、传感性能等性能进行测试、分析、比对。结果表明,传统的Pt-IPMCs的含水...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IPMCs结构示意图
1绪论31.2.2IPMCs基底材料离子交换聚合物薄膜，作为IPMCs的基底材料，通常是由含有共价键的固定离子团苯乙烯共聚物和二乙烯基苯组成的有机聚合物制备得到的[18-19]，由于具有离子交换能力和吸水性，离子交换聚合物是最受欢迎的离子交换材料。目前，制备IPMCs常用的基底膜有三类，分别为：（1）美国Dupont公司生产的全氟磺酸膜（Nafion膜，PSFA），分子式如图1.2。该离子型聚合物薄膜由顶端憎水性的碳氟主链和末端带有亲水性磺酸基团的短侧链组成，侧链通常终止于-SO3-，其中n=6，100＜m＜1000，阳离子M+可以为Li+、Na+、H+，其中Li+携带的水分子为H+的四倍，且体积小于Na+，因此，实验中Li+最为常用。图1.2Nafion分子结构式Fig.1.2Nafionmolecularstructure（2）日本AsahiGlass公司生产的全氟羧酸膜（Flemion膜，PFCA），分子式如图1.3。该聚合物由憎水性的碳氟链和具有亲水性的-COO-侧链组成，其中m=1、2，阳离子为Na+。图1.3Flemion分子结构式Fig.1.3Flemionmolecularstructure（3）日本AsahiChemical公司生产的全氟羧酸膜（Alciplex膜，PFCA），分子式如图1.4。该聚合物由憎水性的碳氟链和具有亲水性的-SO3H侧链组成，其中n≤5，m=1、2，阳离子为H+。图1.4Alciplex分子结构式Fig.1.4Alciplexmolecularstructure
1绪论31.2.2IPMCs基底材料离子交换聚合物薄膜，作为IPMCs的基底材料，通常是由含有共价键的固定离子团苯乙烯共聚物和二乙烯基苯组成的有机聚合物制备得到的[18-19]，由于具有离子交换能力和吸水性，离子交换聚合物是最受欢迎的离子交换材料。目前，制备IPMCs常用的基底膜有三类，分别为：（1）美国Dupont公司生产的全氟磺酸膜（Nafion膜，PSFA），分子式如图1.2。该离子型聚合物薄膜由顶端憎水性的碳氟主链和末端带有亲水性磺酸基团的短侧链组成，侧链通常终止于-SO3-，其中n=6，100＜m＜1000，阳离子M+可以为Li+、Na+、H+，其中Li+携带的水分子为H+的四倍，且体积小于Na+，因此，实验中Li+最为常用。图1.2Nafion分子结构式Fig.1.2Nafionmolecularstructure（2）日本AsahiGlass公司生产的全氟羧酸膜（Flemion膜，PFCA），分子式如图1.3。该聚合物由憎水性的碳氟链和具有亲水性的-COO-侧链组成，其中m=1、2，阳离子为Na+。图1.3Flemion分子结构式Fig.1.3Flemionmolecularstructure（3）日本AsahiChemical公司生产的全氟羧酸膜（Alciplex膜，PFCA），分子式如图1.4。该聚合物由憎水性的碳氟链和具有亲水性的-SO3H侧链组成，其中n≤5，m=1、2，阳离子为H+。图1.4Alciplex分子结构式Fig.1.4Alciplexmolecularstructure
【参考文献】：
期刊论文
[1]IPMC软体驱动材料研究进展[J]. 于甜,李树锋. 化工新型材料. 2020(02)
[2]我国智能材料标准体系建设研究[J]. 张利真,张明,甘克勤,高俊. 中国标准化. 2020(01)
[3]电泳沉积法在IPMC电极制备中的应用研究[J]. 杜野,赵刚,隋志阳,梁博,王仲文,张鹏. 哈尔滨工业大学学报. 2020(01)
[4]离子聚合物-金属复合材料模糊PID控制方法研究[J]. 胡小品,常龙飞,李超群,卞长生,朱子才. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2019(08)
[5]多孔Nafion膜离子聚合物金属复合材料的制备及性能[J]. 杜野,梁博,张鹏,赵刚,赵金涛,王伟华,刘甲奇,马昊哲,王运鑫,王冠正,李政勋. 高分子材料科学与工程. 2019(07)
[6]基于IPMC仿生机器鱼驱动技术研究[J]. 卞长生,白万发,朱子才,汝杰,陈花玲. 水下无人系统学报. 2019(02)
[7]电活性聚合物材料的研究进展[J]. 彭冬雪,刘茜. 现代化工. 2019(02)
[8]新型仿生智能材料研究进展[J]. 梁秀兵,崔辛,胡振峰,涂龙. 科技导报. 2018(22)
[9]Ag-IPMC的制备及其在仿生鱼中的应用研究[J]. 张鹏,王彦卿,薛继陈,杜野,梁博,马英杰. 机械工程与自动化. 2018(04)
[10]基于人工肌肉的仿鲨鱼鳃部射流孔结构研究（英文）[J]. 杜野,赵刚,孙壮志,古云庆. Journal of Central South University. 2018(04)
博士论文
[1]离子聚合物金属复合材料（IPMC）的制备及力—电耦合特性研究[D]. 卞侃.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]IPMC力电耦合关系中的分布式等效电路模型研究[D]. 宋丹.南京航空航天大学 2017
[2]纳米钛酸钡改性IPMC的基本力学行为研究[D]. 王曼.南京航空航天大学 2017
[3]银基IPMC的制备工艺及性能研究[D]. 马长顺.哈尔滨工程大学 2013
[4]IPMC人工肌肉制备，改性和建模[D]. 江新民.南京航空航天大学 2008
本文编号：3520805
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IPMCs结构示意图
1绪论31.2.2IPMCs基底材料离子交换聚合物薄膜，作为IPMCs的基底材料，通常是由含有共价键的固定离子团苯乙烯共聚物和二乙烯基苯组成的有机聚合物制备得到的[18-19]，由于具有离子交换能力和吸水性，离子交换聚合物是最受欢迎的离子交换材料。目前，制备IPMCs常用的基底膜有三类，分别为：（1）美国Dupont公司生产的全氟磺酸膜（Nafion膜，PSFA），分子式如图1.2。该离子型聚合物薄膜由顶端憎水性的碳氟主链和末端带有亲水性磺酸基团的短侧链组成，侧链通常终止于-SO3-，其中n=6，100＜m＜1000，阳离子M+可以为Li+、Na+、H+，其中Li+携带的水分子为H+的四倍，且体积小于Na+，因此，实验中Li+最为常用。图1.2Nafion分子结构式Fig.1.2Nafionmolecularstructure（2）日本AsahiGlass公司生产的全氟羧酸膜（Flemion膜，PFCA），分子式如图1.3。该聚合物由憎水性的碳氟链和具有亲水性的-COO-侧链组成，其中m=1、2，阳离子为Na+。图1.3Flemion分子结构式Fig.1.3Flemionmolecularstructure（3）日本AsahiChemical公司生产的全氟羧酸膜（Alciplex膜，PFCA），分子式如图1.4。该聚合物由憎水性的碳氟链和具有亲水性的-SO3H侧链组成，其中n≤5，m=1、2，阳离子为H+。图1.4Alciplex分子结构式Fig.1.4Alciplexmolecularstructure
1绪论31.2.2IPMCs基底材料离子交换聚合物薄膜，作为IPMCs的基底材料，通常是由含有共价键的固定离子团苯乙烯共聚物和二乙烯基苯组成的有机聚合物制备得到的[18-19]，由于具有离子交换能力和吸水性，离子交换聚合物是最受欢迎的离子交换材料。目前，制备IPMCs常用的基底膜有三类，分别为：（1）美国Dupont公司生产的全氟磺酸膜（Nafion膜，PSFA），分子式如图1.2。该离子型聚合物薄膜由顶端憎水性的碳氟主链和末端带有亲水性磺酸基团的短侧链组成，侧链通常终止于-SO3-，其中n=6，100＜m＜1000，阳离子M+可以为Li+、Na+、H+，其中Li+携带的水分子为H+的四倍，且体积小于Na+，因此，实验中Li+最为常用。图1.2Nafion分子结构式Fig.1.2Nafionmolecularstructure（2）日本AsahiGlass公司生产的全氟羧酸膜（Flemion膜，PFCA），分子式如图1.3。该聚合物由憎水性的碳氟链和具有亲水性的-COO-侧链组成，其中m=1、2，阳离子为Na+。图1.3Flemion分子结构式Fig.1.3Flemionmolecularstructure（3）日本AsahiChemical公司生产的全氟羧酸膜（Alciplex膜，PFCA），分子式如图1.4。该聚合物由憎水性的碳氟链和具有亲水性的-SO3H侧链组成，其中n≤5，m=1、2，阳离子为H+。图1.4Alciplex分子结构式Fig.1.4Alciplexmolecularstructure
【参考文献】：
期刊论文
[1]IPMC软体驱动材料研究进展[J]. 于甜,李树锋. 化工新型材料. 2020(02)
[2]我国智能材料标准体系建设研究[J]. 张利真,张明,甘克勤,高俊. 中国标准化. 2020(01)
[3]电泳沉积法在IPMC电极制备中的应用研究[J]. 杜野,赵刚,隋志阳,梁博,王仲文,张鹏. 哈尔滨工业大学学报. 2020(01)
[4]离子聚合物-金属复合材料模糊PID控制方法研究[J]. 胡小品,常龙飞,李超群,卞长生,朱子才. 合肥工业大学学报(自然科学版). 2019(08)
[5]多孔Nafion膜离子聚合物金属复合材料的制备及性能[J]. 杜野,梁博,张鹏,赵刚,赵金涛,王伟华,刘甲奇,马昊哲,王运鑫,王冠正,李政勋. 高分子材料科学与工程. 2019(07)
[6]基于IPMC仿生机器鱼驱动技术研究[J]. 卞长生,白万发,朱子才,汝杰,陈花玲. 水下无人系统学报. 2019(02)
[7]电活性聚合物材料的研究进展[J]. 彭冬雪,刘茜. 现代化工. 2019(02)
[8]新型仿生智能材料研究进展[J]. 梁秀兵,崔辛,胡振峰,涂龙. 科技导报. 2018(22)
[9]Ag-IPMC的制备及其在仿生鱼中的应用研究[J]. 张鹏,王彦卿,薛继陈,杜野,梁博,马英杰. 机械工程与自动化. 2018(04)
[10]基于人工肌肉的仿鲨鱼鳃部射流孔结构研究（英文）[J]. 杜野,赵刚,孙壮志,古云庆. Journal of Central South University. 2018(04)
博士论文
[1]离子聚合物金属复合材料（IPMC）的制备及力—电耦合特性研究[D]. 卞侃.南京航空航天大学 2013
硕士论文
[1]IPMC力电耦合关系中的分布式等效电路模型研究[D]. 宋丹.南京航空航天大学 2017
[2]纳米钛酸钡改性IPMC的基本力学行为研究[D]. 王曼.南京航空航天大学 2017
[3]银基IPMC的制备工艺及性能研究[D]. 马长顺.哈尔滨工程大学 2013
[4]IPMC人工肌肉制备，改性和建模[D]. 江新民.南京航空航天大学 2008
本文编号：3520805
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