原文传递
Nafion/金属复合材料的制备及电形变性能研究
| 论文题名： | Nafion/金属复合材料的制备及电形变性能研究 |
| 关键词： | 离子聚合物;金属复合材料;IPMC基体;电形变性;悬臂梁 |
| 摘要： | 离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer-Metal Composite，IPMC)是一种新型智能材料，在较低电场的作用下能发生较大的形变，由其构成的致动器具有致动方式简单、效率高、致动电压低、操作安全、重量轻等优点。IPMC在仿生机器人、应力传感器、人工肌肉、生物医用和仿生材料等方面有广泛的应用前景。本课题从研究材料的实际应用角度出发，基于IPMC基体材料的分子结构和IPMC材料制备过程中发生的化学反应，以Nation-117为IPMC的基体膜，采用浸渍还原化学沉积法，制备了在离子聚合物膜两侧为Ag金属电极的IPMC(Ag-IPMC)和Ni金属电极的IPMC(Ni-IPMC)。 首先采用浸渍还原化学沉积工艺制备了IPMC，并对其影响因素进行了分析。利用扫描电子显微镜和能谱分析方法分别对IPMC的微观形貌和电极厚度进行了研究；并对IPMC的表面电阻、不同温度下的吸水性能进行了分析。结果表明：在制备IPMC的过程中，Ag-IPMC比较稳定，而Ni-IPMC在浸渍还原反应中容易发生自分解。由IPMC的电镜照片发现，经二次化学还原后IPMC的电极层致密性和平整性比一次化学还原的要好，金属元素在基体膜内部呈梯度分布。IPMC的吸水性能随温度升高均增加。 最后从负载电压、形变电流、失水率和电极厚度等影响因素方面讨论了IPMC电形变性能，并以悬臂梁模型为基础推导出了IPMC形变应力计算公式。研究发现，负载电压较低时(小于7V)，IPMC形变的重复性较高；继续增加电压，IPMC弯曲程度随着电压的增加而上升但形变幅度增大趋缓；当负载电压增加到一特定值时，IPMC形变位移达到最大值。在负载电压一定的情况下，反应电流在形变过程中随反应时间的延长而逐渐降低；通过在IPMC表面涂一层油脂作为保护层，可以有效的减缓IPMC的失水率，从而提高IPMC的顶点形变位移和连续形变次数等电形变性能；通过多次渗透还原工艺可制备具有一定电极厚度的IPMC，随着IPMC电极沉积厚度的增加其末端输出力、形变应力相应增大。在相同的负载电压下，电极厚度为23.8μm的Ag-IPMC的形变应力可达4.5MPa，电极厚度为20.15μm的Ni-IPMC的形变应力可达3.52MPa。 本文的研究结果表明，Ag-IPMC和Ni-IPMC具有较好的电形变性能，是一种新型的IPMC材料，但在IPMC的制备工艺方面、电形变性能指标的提高和表征手段等方面尚需更深入的研究。 |
| 作者： | 马春秀 |
| 专业： | 高分子化学与物理 |
| 导师： | 张玉军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨理工大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
相关文献
检索历史
应用推荐
