[發(fā)明專利]一種金屬/聚合物電致動器的疲勞修復方法與應用

有效

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• 申請日: 2019-01-30
• 公開（公告）號: CN109763158B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設計）人: 郭東杰;劉瑞雪;王放;周騰;丁井鮮;孫明輝
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業(yè)學院
• 主分類號: C25D9/02
• 分類號: C25D9/02;C25D7/00;C25D5/18
• 代理公司: 41125 鄭州優(yōu)盾知識產權代理有限公司
• 代理人: 張志軍

本發(fā)明公開了一種金屬/聚合物電致動器的疲勞修復方法與應用，利用電鍍的工藝在致動性能較差的金屬/聚合物電致動器表面生成一層聚噻吩，采用恒流模式和脈沖式恒流模式進行電鍍，使用電化學工作站中的恒流模式設置200s?600s，脈沖式恒流電沉積15s，停5s為一個周期，循環(huán)10?50個周期；先采用恒流方式增大導電性，然后采用脈沖電鍍的方式可以讓電極與電鍍液在電鍍的過程中接觸更加充分，可以極大的增強鍍層與電極層的結合，通過與電極深層的嵌入使得PEDOT能夠將IPMC表面電極存在的缺陷進行很好的填充，使IPMC吸取更多的水，有利于維持IPMC長時間的正常穩(wěn)定驅動，從而達到良好的修復效果。

技術領域

本發(fā)明屬于復合材料技術和仿生機械交叉研究領域，涉及金屬/聚合物電致動器的疲勞修復方法，以及在仿生機械領域的應用。

背景技術

金屬/聚合物復合材料電致動器由金屬-離子交換聚合物復合材料組成，又稱IPMC。通常為三層結構，外層為金屬電極，如：Pt，Au，Ag；中間層為離子交換聚合物，如：全氟磺酸，全氟碳酸。作為一種新興智能驅動材料，離子交換聚合物-金屬復合材料（IPMC）具有與天然肌肉媲美的輕質量、高柔韌、高轉化效率、低能量消耗等致動性能，被賦予了“人工肌肉”的美譽，是近二十年來崛起且具有極大應用潛力的新型智能材料。

電場下IPMC 產生形變，將電能轉化為機械能，由此可作為電致動器；反之，IPMC發(fā)生形變，引發(fā)其表面電荷的不平衡分布，導致表面電場發(fā)生變化，以此可作為位移/諧振傳感器。當IPMC作為驅動器使用時，由于其本質的結構，存在三方面的缺陷：

1、常規(guī)金屬/聚合物電致動器的電極由貴重的惰性金屬構成。金屬電極表面的金屬在長時間的工作下容易脫落，進而導致電場不均勻，IPMC致動不對稱，或者發(fā)生扭曲。嚴重剝落情況下，IPMC停止工作。

2、常規(guī)金屬/聚合物電致動器的金屬納米顆粒之間存在間隙，造成面電阻過大，降低了電致動器的電機轉化效率。

3、金屬納米顆粒之間間隙的存在，使得聚合物內部的電解質（水）損失，進而降低了離子的電導率。失水嚴重時，IPMC停止工作。

發(fā)明內容

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種金屬/聚合物電致動器的疲勞修復方法，將PEDOT電極填補在金屬納米塊電極的缺陷處，利用本發(fā)明的修復方法修復得到的電致動器相對于修復前，致動性能和穩(wěn)定性能明顯提高。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種基于金屬/離子材料電致動器（IPMC）的性能改良工藝是在IPMC的金屬電極基礎上，利用電鍍的工藝在致動性能較差的IPMC表面生成一層PEDOT。在微觀結構上，PEDOT填充在原本有縫隙的金屬電極表面。

所述疲勞修復方法是在金屬/聚合物電致動器的聚合物表面鍍覆聚噻吩（PEDOT）電極，PEDOT電極填補在金屬/聚合物電致動器的金屬納米塊電極的缺陷處。

本發(fā)明利用電鍍的工藝在致動性能較差的IPMC表面生成一層PEDOT，采用恒流模式和脈沖式恒流模式進行電鍍，具體步驟如下：

（1）挑選出致動性能較差的IPMC：使用信號合成低頻功率信號發(fā)生器裝置，在2V,0.5Hz的電壓下，對制備的電致動器進行彎曲變形響應，形變較大的電致動器直接進行應用，將剩下的較小變形量的IPMC進行電鍍；

（2） 配置電鍍液：采用EDOT的去離子水溶液作為電鍍液；

（3）確定電鍍條件：需要修復的IPMC因其電極形態(tài)和缺陷存在的問題不同，因此使用電化學工作站中的循環(huán)伏安法對每個IPMC進行循環(huán)伏安掃描，從中得到的最適合的電鍍電流值范圍，從而確定最佳電鍍條件；