多层结构离子型电致动人工肌肉的制备及性能.pdf

贺红林等：多层结构离子型电致动人工肌肉的制备及性能 多层结构离子型电致动人工肌肉的制备及性能。 贺红林1’2，占晓煌1，汪良1，王俊平1 (1．南昌航空大学航制学院，江西南昌330063} 2．浙江大学流体传动及控制国家重点实验室，浙江杭州310027) 摘 要： 适于工程中对大动力人工肌肉(IPMC)应用 2多层IPMC的制备 的需要。探索厚层IPMC的制备。首先利用凝胶法制 2．1 出IPMC原膜。然后以Nafion液为粘剂并通过对多片原料准备 原膜进行热粘压处理，制成多层式基体膜，再经膜表面 粗化、离子交换和化学沉积等工艺制成多层IPMC。SO)，天津市瑞金特化学品有限公司；二氯四氨合铂 利用电镜观察到多层IPMC层间接合致密性。进行了 双层IPMC性能实验，结果显示，双层IPMC在保证弯 曲变形基本不下降的前提下，动力提高到单层的1．8 津市瑞金特化学品有限公司；硫酸(H：SO,)，上海化学 倍，表明用热粘压法制备lPMC可部分解决其动力小 问题。 公司；氯化锂(LiCl)，天津市大茂化学试剂厂。 关键词： 多层IPMC；热粘压；断面扫描；特性 2．2基体膜制备 中图分类号：TP212 文献标识码：A 2．2．1溶液成膜 文章编号：1001-9731(2011)增刊Ⅲ-0529-04取50mL 热蒸发法将溶液浓缩大致15mI。，往烧杯中添加数毫 1 引 言 升高沸点二甲基亚砜(DMS0)溶液，将烧杯置于超声 离子交换膜金属复合材料(IPMC)是一种以聚合波条件下振荡lOmin，使其混合均匀并除去溶液中的 物薄膜为骨架，通过镀涂法将某种贵金属颗粒渗透并 气泡，然后用滴管将混合液小心地滴加到烘箱内的自 沉积在膜表面所形成的新概念功能复合材料[1’2]。在 制模具中。为使制备出来的膜厚度均匀需用水平仪调 电场作用下，IPMC内部的阳离子与膜内的残留水分整模具至水平。在70℃条件下加热4h，溶液完全蒸发 子结合形成水合离子团并迅速向阴极方向移动，不带 在模具内形成一层薄膜，此时的膜内部存有大量的残 水团的阴离子则迅速向阳极迁移，造成阴极处的水量 余应力，所以需要对其进行消除应力热处理，将烘箱加 多于阳极，阴极膨胀拉伸而阳极收缩，出现电致弯曲形 热温度调至140℃，在此温度下保持2h，待模具冷却后 变的现象[3“]。与压电陶瓷等其它的电致动材料相比， 将其从烘箱中取出，向模具内注入热水后即可将膜从 IPMC在较低电压下可快速产生大幅弯曲形变，并输膜具内取出。 出一定动力。因其变形与肌肉较相似，故获名电致动 2．2．2基体膜成型 人工肌肉。除变形量大外，它还具有质量轻、柔韧、无 原膜表面粗化。IPMC原膜表面非常光滑、粘附性 噪音等特点[5．6]，具有广阔应用前景。目前，有研究者 差，为实现膜间致密粘结，需对其表面进行粗化而在表 利用开发仿生机器人、柔性低阻尼机械臂、智能传感 面产生大量微观凸起，以利形成微观嵌合结构。粗化 器、微致动器件等方面的应用【8]。作为一种新型功能 方法是：先利用细砂纸并用手工法打磨膜表面以增大 材料，目前IPMC的研究尚处于起步阶段，技术尚不成粘结时实际粘接面积，考虑到打磨后的表面会残留大 熟，没有更标准的IPMC制备工艺。尽管如此，国外市量的硬质颗粒或屑质，其存在将直接影响IPMC性能， 场上仍有少量IPMC样品呈现。从已有IPMC材料来为此需利用超声振荡法将它们去除；然后，将膜分别放 看，受膜厚和刚度小等限制，其存在的一个普遍不足就 是动力过小，难以满足应用中的大动力需求。据此，如 溶液中加热，以除去附着污染物，加热温度宜在60～ 何提高动力已成为制约IPMC发展的重要因素。加大70℃范围内；而后将膜置于去离子水进行多次漂洗以