[發明專利]一種IPMC 驅動器的選擇性鍍工藝

有效

• 申請號: 201210452704.3
• 申請日: 2012-11-13
• 公開（公告）號: CN102953053A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 陳花玲;朱子才;羅斌;王永泉;王延杰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C18/18
• 分類號: C23C18/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及一種IPMC（離子聚合物-金屬復合材料）驅動器的選擇性施鍍方法，采用電鍍膠帶或者通過浸泡生成氯化銀作為非施鍍區域的掩膜，該施鍍方法簡單高效，可以制造出具有復雜形狀的驅動器，以滿足復雜的驅動功能。?

背景技術

離子聚合物-金屬復合材料（IPMC）具有質量輕、柔韌性好、反應迅速和傳感-致動的雙向可逆功能，可用于制作產生大變形的驅動器等機電換能器件以取代傳統的壓電陶瓷，是近二十年來崛起且具有極大應用潛力的新型智能材料。?

目前制作分段、多向，組合變形等多功能IPMC材料驅動器時，通常會根據復雜驅動功能需要，在同一塊膜材基體上制作多個彼此電隔離的非施鍍區域用于分別加電驅動。已有技術中有采用激光切割（文獻Yoshihiro?Nakabo,Toshiharu?Mukai,Kinji?Asaka.Bio-mimetic?soft?robots?with?artificial?muscles[C].Proc.of?SPIE,2004,5648:132-144)和電火花切割隔離電極方法（文獻JonathanRossiter,Toshiharu?Mukai.Electrostatic?and?thermal?segmentation?ofmulti-segment?IPMC?sensor?and?actuctors.[C].Proc.of?SPIE,2011,7976:C1-C8），采用MEMS工藝制作覆蓋層阻止電極沉積的方法（文獻Zhen?Chen,Xiaobo?Tan.Monolithic?fabrication?of?ionic?polymer-metal?composite?actuators?capable?ofcomplex?deformation.[J].Sensors?and?actuatorsA：Physical:157(2):246-257）等。這些方法通常需要昂貴的設備來加工制作，不利于推廣使用。同時傳統IPMC的制備工藝中，一般沉積電極包括兩個反應過程，首先通過離子交換-還原形成過渡層，然后通過化學鍍形成性能良好的電極。如果傳統制備方法中僅通過離子交換-還原的方法沉積電極，這樣制備的鍍層質量差，電阻率高，不宜直接使用。進一步使用化學鍍來改善電極，則不僅耗時長，需要多種輔助試劑，而且對反應溫度有一定要求。這些缺點一定程度上限制了IPMC材料的推廣和使用。?

發明內容

在保障IPMC材料驅動器性能前提下，為了簡化多功能IPMC材料驅動器的制作工藝，本發明針對目前選擇性鍍工藝中復雜的掩膜制造方法，以及傳統施鍍方法的耗時且成本高的特點，對傳統的施鍍方法進行了改進，提供了一種成本低、簡單實用的IPMC驅動器施鍍方法。?

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的：?

一種IPMC驅動器的選擇性鍍工藝，其特征在于，包括以下步驟：?

（1）基底材料的預處理：以離子交換膜作為基底材料，將該離子交換膜進行糙化后置于60℃的環境下超聲清洗，去除表面顆粒，然后分別酸洗和去離子水煮洗；?

（2）根據驅動器的使用要求，在步驟（1）預處理后的離子交換膜上制作非施鍍區隔離施鍍區；非施鍍區要求在后續工序中不被鍍上電極，采取掩膜法實現，包括兩種可選擇方法：?

①直接用電鍍膠帶制作非施鍍區的覆蓋層，然后進行步驟（3）的浸泡還原鍍；?

②預處理后的離子交換膜先在硝酸銀溶液中浸泡，然后用電鍍膠帶制作施鍍區的覆蓋層，裸露非施鍍區，在HCl溶液中浸泡，直到在非施鍍區上反應生成穩定的不導電氯化銀沉淀；揭下施鍍區上的電鍍膠帶，然后進行步驟（3）的浸泡還原鍍；?

（3）采用浸泡還原鍍在施鍍區上沉積電極層，制作鉑、鈀、銀或銅金屬電極。?

上述方法中，所述的步驟（2）中，當非施鍍區線寬大于2mm，采用該步驟中子步驟①；當非施鍍區線寬小于2mm，采用該步驟中子步驟②。其中硝酸銀溶液濃度為0.03mo/L，浸泡1~2小時；HCl溶液濃度為0.1mol/L，浸泡半小時。?

步驟（3）所述浸泡還原鍍的具體方法為：?

1）利用電極相應的金屬鹽制作鹽溶液，將步驟（2）生成非施鍍區掩膜的離子交換膜放入金屬鹽溶液中浸泡1~2小時進行離子交換，使電極金屬離子進入離子膜；制備鈀或鉑電極使用氯化鈀/鉑、二氯二銨合鈀/鉑或二氯四銨合鈀/鉑鹽制得鹽溶液，制備銀電極使用硝酸銀溶液或銀氨溶液；制備銅電極使用硫酸銅溶液；鹽溶液濃度為0.005~0.1mol/L，用量根據施鍍面積選用?1~10mmol/cm²；?