离子聚合物-金属复合材料（IPMC）.ppt

离子聚合物-金属复合材料 （2）再铸IPMC 3. IPMC的功耗问题： 正弦波驱动技术 方波驱动形变大但功耗较高。 对策： * 学生： 肖通虎 导师： 邓麦村 研究员 曹义鸣 研究员 Seminar I 环境工程研究室新型膜分离技术组 2005/11 （ Ionic polymer-metal composites） 主要内容 一、IPMC的简介： 二、IPMC的制备： 三、IPMC的特性： 四、IPMC的应用前景实例： 五、IPMC研究中的几个问题： 离子聚合物-金属复合材料（IPMC） 一、离子聚合物-金属复合材料（IPMC）简介 是一种电致动的智能高分子材料， 离子聚合物金属复合材料( ionic polymer metal composite, IPMC)： 一般由阳离子交换膜(如Nafion膜) 和贵金属如Pt等通过化学镀的方法复合而成， 在外加较低的电压能够产生较大的形变和张力。 1939年 IPMC作为电极材料就开始被研究 1960年代，Dow Chemical 1992年发现IPMC具有电致动的特殊性质： IPMC最早发展的应用是燃料电池的电极 日本的Oguro 美国的Sadeghipour Mohsen Shahinpoor 广东工业大学自动化研究所 中科院合肥智能机械研究所 武汉理工大学光纤传感技术研究中心 世界主要的商业离子交换材料的制造商： Aqualitics Asahi Chemicals Asahi Glass DuPont W L Gore Ionics Solvay Sybron Tokuyama 用于IPMC制备的典型商业材料： NafionTM from DuPont NeoseptaTM from Tokuyama AciplexTM from Asahi Chemical FlemionTM or SelemionTM from Asahi Glass 二、IPMC的制备： 1.离子聚合物材料的选择: 成膜性、膜强度、抗化学处理等 含氟碳官能团的阳离子交换膜 2. IPMC的制备工艺： 粗化、酸洗 离子交换 还原 1、初始复合过程（Initial compositing process） 2、表面电极化过程（Surface electroding process） LiBH4+4[Pt(NH3)4] 2+ +8OH-→4Pt0+16NH3+LiBO2+6H2O 金属盐类的溶液（如Pt(NH3)4Cl2） （如LiBH4、NaBH4） 二、IPMC的制备： IPMC 复合膜的制备实例： 5 cm × 5 cm of NafionTM-117 1) 用砂纸轻轻打磨膜的表面, 用超纯水冲洗多次; 2) 在HCl (2 mol/L ) 中煮沸30 min, 取出用超纯水冲洗;  3) 在超纯水中煮沸30min。 将处理后的Nafion膜浸入铂盐[Pt(NH3)6]Cl4(0.01mol/L) 的水溶液中, 陈化12 h,使[Pt(NH3)6]4+ 渗入到Nafion 膜内部, 5) 取出放入40℃水浴的反应器中, 加入5% LiBH4水溶液还原出Pt, 在此过程中, 逐渐升高水浴温度至60℃, 并搅拌1.5h; 准备 240 ml ([Pt(NH3)4]Cl2 or [Pt(NH3)6]Cl4) 含120 mg Pt 的水溶液加入 5 ml 5% 氨水（质量百分数) 调节PH值 (ii) 准备5% NH2OH-HCl 水溶液和20%NH2NH2 溶液. (iii) 膜浸入40℃恒温含Pt溶液中，搅拌. 每隔30min 往溶液中加入6ml NH2OH-HCl 和3ml NH2NH2 溶液(2∶1) , 并逐步升高温度到60℃, 反应 4 h.至溶液中无[P t (NH3) 6 ]4+ 离子存在; 1、初始复合过程（Initial compositing process） 2、表面电极化过程（Surface electroding process） 3. IPMC的典型结构： A 表面结构： 二、IPMC的制备： B 截面结构： 三、IPMC的特性： 1.直流电压下的响应特性： 1.向阳极弯曲 2. 弯曲程度（位移） 随电压增大而增大， 直至饱和状态。 (一) 电致动特性 2.交流电压下的响应特性： 1. 薄膜产生摆动弯曲(位移) 2. 位移取决于电压幅值和频率 a.通常在低频时产生较大的 位移,如果频率上升到几十 HZ时,将不产生位移。 b.不同频率下,弯曲位移达到 饱和时的驱动电压值不同, 在频率较高时,电压值较