IPMC的制备研究

研究了IPMC的制备过程.制备主要分为前期预处理、主化学镀反应和次化学镀反应.在进行一次主化学镀反应之后,对比了不同次数的次化学镀反应所制备的样品的性能.设计了用于驱动IPMC的信号发生器,建立了基于PC机和数据采集卡的测试平台.对制备出来的样品进行了致动特性的测试,测试了激励信号的频率、幅值、以及镀膜厚度对致动特性的影响,为人工肌肉的控制设计提供了依据.实验结果表明:镀膜的电阻和激励信号的频率越小,摆动幅度越大;激励信号的幅值越大,摆动幅度越大;镀层厚度增大有利于电阻的降低,但是由于表面硬度的增加,镀膜并不能太厚;镀膜的打磨导致了电极的不均匀,增大了电阻,降低了材料活性.

IPMC软体驱动材料研究进展

离子聚合物金属复合物(IPMC)具有弹性好、密度低,能够产生较大应变等特点,是目前软体机器人最合适的软体驱动材料之一。但IPMC存在驱动力小、寿命短的缺点,因此,许多学者从IPMC聚合物电解质材料和电极、IPMC涂层改性、离子液体介质等方面进行研究,来提高IPMC的驱动性能、延长其使用寿命,并发展了以碳纳米管和碳纳米纤维作为电极、离子液体作为介质的IPMC,可在干态下长期使用,是IPMC研究的新方向。

Pt-Ni/Nafion材料的制备及电致动性能研究

IPMC智能材料具有在低电压下产生较大形变和张力的特点,可作为新型的致动器。为了降低制备成本,采用渗透还原法制备了Pt-Ni/Nafion双金属层离子聚合物复合材料,确定了一套完整的制备工艺,测试了Pt-Ni/Nafion材料在不同驱动电压下的致动特性。结果表明,IPMC膜的形变随着直流电压的增大而增大,与初始位置的最大偏转角为47°;IPMC膜在正弦交流电压驱动下,形变随着电压幅值增大而增大,随着电压频率的增大而减小,并且电压输入与位移输出具有线性关系。

表面粗化对IPMC人工肌肉性能的影响

离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composite,IPMC)是由聚合物基底膜和金属电极复合而成的一种新型的离子型电致动材料.对基底膜进行表面粗化处理,改善聚合物基底和金属电极间交界面构筑方式是提高材料性能的重要方法.本文针对IPMC人工肌肉的制备提出了一种可控的基底膜定向表面粗化方法,基于UMT-2摩擦磨损试验机的线性往复运动设计了一套IPMC基底膜表面粗化装置.对比手工粗化,采用3种载荷对Nafion商业膜表面进行了机械粗化处理.对不同粗化条件获得的基底膜以相同的工艺制备IPMC,研究了不同粗化方法和条件对IPMC人工肌肉力和位移输出性能的影响.结果表明,机械粗化能够排除手工粗化过程中人为因素的影响,做到粗化加载的力度及方向性可控,使磨痕深浅均匀方向一致.相比手工粗化,通过机械粗化可以改善基底膜与电极层之间的构筑紧密程度,增加铂颗粒的吸附能力和沉积厚度,获得更为平整致密、裂隙均匀有序的表面电极,从而降低IPMC表面电阻,提升力和位移输出能力.致密且较厚的电极层同时可以阻挡一部分水分的泄露,延长IPMC有效工作的时间.该研究能够提升IPMC制备工艺的稳定性,为IPMC制备的标准化奠定基础,同时提高IPMC人工肌肉的驱动性能,对IPMC人工肌肉的进一步开发应用提供保障.

TEOS-GO掺杂的银基离子聚合物金属复合材料的制备及其致动性能

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的电驱动软材料,具有质量轻、驱动电压低的优点,但也存在输出力较小、驱动时间短的缺点,限制了其应用前景。提出了一种在基膜内掺杂硅酸乙酯-氧化石墨烯(TEOS-GO)以提高保水性和驱动能力的银基IPMC,通过对纯Nafion IPMC与TEOS-GO/Nafion IPMC致动器的含水量、尖端位移、输出力和稳定性等参数的测试,证实优化后IPMC的驱动性能有明显的提升。实验结果表明,掺杂质量分数1.5%TEOS-GO的IPMC在3 V直流电压下,尖端位移达到16.579 mm,相当于纯Nafion IPMC的3.37倍;输出力最高达到0.439 gf(1 gf=9.8 mN),是纯Nafion IPMC的5倍。这种改进方式弥补了IPMC用于致动器的缺点,为今后的发展开拓了前景。