离子聚合物金属复合材料的制备及驱动性能研究

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离子聚合物金属复合材料（Ionic Polymer Metal Composites, IPMC）是一种新型的电活性聚合物材料，具有驱动电压低，形变位移大，质量轻，以及响应迅速等优点。但现有的IPMC电致动材料仍存在输出力小和非水工作时间短的缺点，此外，传统二维IPMC在实际应用中不能满足结构多样化要求，因此发展三维IPMC，进一步提升IPMC的驱动性能，具有重要意义。
　　本文针对IPMC的缺点，从优化基底膜结构，改变IPMC工作介质来提高IPMC的驱动性能，制备柔性伸展材料，探索将IPMC应用于柔性捕获技术。具体工作如下：
　　（1）分别制备了基底膜厚度为0.33 mm、0.24～0.43 mm、0.15～0.52 mm的IPMC。测试了水作为工作介质条件下三种IPMC的输出位移和输出力性能。测试结果表明，基底膜厚度为0.24～0.43 mm的IPMC驱动性能最优，在3.5 V，0.1 Hz的电压下，输出位移和输出力较相同质量均匀厚度的IPMC分别提升了7％和47%。使用乙二醇替换水作为IPMC工作介质使其离水工作时间延长了一倍。
　　（2）制备了多孔基底膜结构的IPMC，将离子液体（[EMIm]SCN）替代水作为工作介质，并对不同类型的IPMC进行了驱动性能测试。测试结果表明，使用离子液体替换水作为IPMC的工作介质，提高了IPMC可允许施加的工作电压，Nafion基底膜多孔结构的存在为离子液体提供了较大的迁移空间，提高了离子液体的迁移速度。此外，离子液体作为工作介质时，大幅度延长了IPMC的离水工作时间，测试5 h仍保持稳定的输出效果，稳定在最大值的88%左右。
　　（3）制备了具有图案化电极的IPMC柔性伸展材料，通过控制IPMC的输入信号，从而驱动和控制IPMC的运动，实现伸展、弯曲等动作，并对柔性伸展材料驱动过程进行演示。

著录项

作者
刘志刚;
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作者单位

南京航空航天大学;

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授予单位南京航空航天大学;
学科材料学
授予学位硕士
导师姓名于敏,何青松;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类特种结构材料;复合材料;
关键词
离子聚合物金属; 复合材料; 柔性伸展材料; 驱动性能; 图案化电极; 多孔膜;

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