[發(fā)明專利]一種基于泡沫金屬的多孔道IPMC電致動材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611016064.6
• 申請日: 2016-11-18
• 公開（公告）號: CN106784295B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設計）人: 何青松;于敏;劉志剛;姬科舉;戴振東
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01L41/18
• 分類號: H01L41/18;H01L41/37
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔;楊文晰

本發(fā)明公開一種基于泡沫金屬的多孔道IPMC電致動材料及其制備方法，該IPMC基體膜內(nèi)包含連續(xù)可控的孔道結(jié)構(gòu)，采用泡沫金屬嵌入Nafion基體膜澆鑄成型而后去除的方法獲得，孔道尺寸由泡沫金屬的尺寸決定；相較于傳統(tǒng)澆鑄Nafion膜中水分子遷移的孔道為1?2 nm而不適合尺寸相對較大的離子液體遷移，本發(fā)明中基于泡沫金屬的多孔道Nafion膜的孔道尺寸大于離子液體的尺寸，有利于外加電場作用下離子液體的遷移，從而大大提高IPMC的驅(qū)動穩(wěn)定性，在空氣中持續(xù)作動5 h位移仍不降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于泡沫金屬的多孔道IPMC電致動材料及其制備方法，屬于智能材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

IPMC（Ionic Polymer Metal Composite）是一種離子型的EAP材料，它是在離子交換聚合物薄膜的基材表面沉積鉑（Pt）、金（Au）等貴金屬而獲得的有機-無機復合材料，在低電壓下由于水合陽離子的遷移會產(chǎn)生較大的變形。IPMC具有質(zhì)量輕、驅(qū)動電壓低、位移大、無噪音、柔性、驅(qū)動能量密度較高等優(yōu)點，其形變能力是電學陶瓷的100倍以上，在質(zhì)量、響應和彈性上亦大大超過形狀記憶合金，在微器件驅(qū)動(如體內(nèi)檢測機器人、光機電系統(tǒng)、微型機器人等)方面有著巨大的應用潛力，成為近年來國內(nèi)外研究的熱點。但是水分子的蒸發(fā)和電解（電壓高于1.23 V）大大限制了IPMC的實際應用范圍。由于離子液體具有低蒸氣壓力、較寬的電化學窗口、高的電導率和低粘度，許多研究人員采用離子液體作為IPMC的工作介質(zhì)，以獲得具有穩(wěn)定性能的IPMC。但是離子液體的直徑約為1.5 nm（Chmiola J, YushinG, Gogotsi Y, Portet C, Simon P and Taberna P L 2006 Anomalous increase incarbon capacitance at pore sizes less than 1 nanometer Science 313 1760–3;Simon P and Gogotsi Y 2008 Materials for electrochemical capacitors Nat.Mater. 7 845–54.），3倍于水分子的直徑（0.4 nm），而IPMC基體Nafion膜中適合水分子的遷移孔道為1~2 nm，因此該尺寸的孔道大大阻礙了離子液體的遷移。有必要設計制備適合離子液體順暢遷移的孔道，以獲得具有穩(wěn)定輸出性能、高輸出力的IPMC。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述純Nafion膜中尺寸孔道阻礙離子液體遷移的問題，本發(fā)明提供一種基于泡沫金屬的多孔道IPMC電致動材料及其制備方法，其具體技術(shù)方案如下：

一種基于泡沫金屬的多孔道IPMC電致動材料，該材料內(nèi)包含連續(xù)可控的孔道結(jié)構(gòu)，采用泡沫金屬嵌入Nafion基體膜作為骨架澆鑄成型而后去除的方法獲得，孔隙率75-98%，孔徑的尺寸為10-100 μm，外覆5-15 μm厚的貴金屬電極。

進一步，本發(fā)明所述基于泡沫金屬的多孔道IPMC電致動材料中孔徑為20 μm，外覆10 μm厚的貴金屬電極。

進一步，本發(fā)明所述基于泡沫金屬的多孔道IPMC電致動材料的厚度為0.1-0.5mm，其采用粘度較小的咪唑類離子液體1-乙基-3-甲基咪唑硫氰酸鹽EMImSCN等離子液體作為工作介質(zhì)。

進一步，本發(fā)明所述基于泡沫金屬的多孔道IPMC電致動材料中，外覆貴金屬電極是指鉑電極、鈀電極或金電極。

一種如本發(fā)明所述基于泡沫金屬的多孔道IPMC電致動材料的制備方法，具體步驟如下：

1）泡沫金屬嵌入Nafion膜