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一种新型柔性驱动器的制备和性能研究

, 熊克 , 卞侃 , 金宁 , 王帮峰

兵器材料科学与工程 doi:10.3969/j.issn.1004-244X.2009.02.003

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种新型的柔性驱动器.传统的IPMC都是采用昂贵的铂做表面电极.为了,降低铂微粒的高度密集引入的大表面电阻,采用渗透还原法,提出基于无电镀银制备表面电极的方法.通过对所制备的银基IPMC的微观形貌、致动效果以及表面电阻等的测试实验表明,金属银在离子交换膜Nafion 117内部呈梯度分布,在1.5 V驱动电压下可以产生90°的弯曲变形.银基IPMC表面电阻较小,在一定时间内稳定.

关键词: 柔性驱动器 , 离子聚合物金属复合材料 , 智能材料 , SEM分析

铂型IPMC的含水特性及静态拉力测试

刘刚 , 王帮峰 , 卞侃 , 金宁 , , 熊克

兵器材料科学与工程 doi:10.3969/j.issn.1004-244X.2010.04.006

离子聚合物金属复合材料(IPMC)是一种典型的电活性聚合物.以Nafion117离子交换膜为基体,用化学沉积方法制备利用金属铂(Pt)作为电极的IPMC材料(Pt-IPMC),并利用扫描电镜对Pt-IPMC样件的微观形貌进行观察.结果表明,Pt-IPMC的电极具有良好的沉积效果,样件的电极层厚达20μm;在3 V直流电压的驱动下,电致动位移达到900°.实验对基膜和样件含水率进行了测试,并搭建IPMC力学测试平台,对IPMC静态输出拉力进行测试.测试结果表明:在0~5.5 V直流电压范围内,样件的输出拉力与直流驱动电压近似呈线性关系,最大拉力可达到159.05 mN;当电压超过5.5 V时,输出拉力发生跃变.

关键词: IPMC , 化学沉积 , 含水率 , 输出拉力

表面粗化工艺对IPMC的制备及性能的影响

金宁 , 王帮峰 , 卞侃 , , 熊克

功能材料

基于二次渗透还原法对IPMC材料的制备进行研究.探索3种不同的基膜表面粗化方法对IPMC材料特性的影响.表面粗化方法包括手工打磨、砂光机打磨以及等离子体表面处理方法.通过样件实测对3种不同粗化条件下获得的IPMC材料的外观特征、微现形貌、驱动变形特性以及表面电阻特性进行了测试和比较.实验结果表明,随着表面粗化均匀程度的提高,基膜表面及内部金属沉积均匀与致密性增高,材料的驱动变形能力降低.在一定的驱动电压范围内,IPMC材料的变形与电压近似成线形增加的关系.在相同的尺寸、约束以及驱动电压(3V)条件下,手工打磨的样件能够产生60°的弯曲变形,砂光机打磨样件为45°,而等离子体处理的样件只有15°.

关键词: IPMC , 表面粗化 , SEM分析

Ag型IPMC柔性驱动器的制备及性能

, 熊克 , 卞侃 , 金宁 , 王帮峰

材料科学与工程学报

为了降低成本并改善材料性能,采用银替代铂制备IPMC电极.基于渗透还原工艺采用化学沉积方法制备了Pt基、Pt-Ag基和Ag基三种IPMC柔性驱动器试件.对试件的SEM和XRD分析结果表明本文提供的方法可以有效地将电极金属沉积在基膜中,且呈梯度分布;对样件的致动效果以及表面电阻特性测试结果表明Ag基IPMC驱动器具有最好的致动变形能力和最低的表面电阻.在相同尺寸与约束条件下,Ag基IPMC在1.5V时产生90°变形,Pt型与Pt-Ag型IPMC分别在3V和4V驱动电压下产生60°变形.

关键词: 智能材料 , 离子聚合物金属复合材料(IPMC) , 驱动器 , 化学沉积

银基离子聚合物金属复合材料的制备和驱动特性

卞侃 , 熊克 , , 刘刚 , 王帮峰

材料研究学报

用化学沉积法制备银基IPMC(Ag-IPMC),用扫描电镜和能谱分析仪研究其表面形貌和表面电极化学成分.结果表明,Ag在离子交换膜内部和外表面的沉积效果良好;对Ag-IPMC试件的直流驱动、不同状态下的含水特性以及拉力输出的测试结果表明,低电压(小于1.6 V)刺激可使Ag-IPMC试件产生大变形,其输出拉力可达自重的89倍.各项性能与激励电压的关系表明,Ag-IPMC的最佳直流激励电压为0.6-1.2 V.

关键词: 复合材料 , 离子聚合物金属复合材料 , 化学沉积 , Ag电极 , 含水率 , 拉力输出

铂型离子聚合物金属复合材料的制备及驱动位移测试

卞侃 , 熊克 , 刘刚 , , 王帮峰

复合材料学报

探索了离子聚合物金属复合材料(IPMC)的制备工艺,利用化学沉积的方法成功制备了铂型IPMC(Pt-IPMC)试样.采用SEM对试样表面电极形貌进行研究,对Pt-IPMC试样在4种波形激励信号(幅值2~4 V,频率0.06~0.14 Hz)下的致动位移进行了测试.结果表明:金属Pt在离子交换膜内部及外表面具有良好的沉积效果,内、外电极厚度均有不同程度的减小;随着激励信号幅值的增加,IPMC试样的变形能力增强,响应速度加快;在4种波形信号的激励下,试样均在频率为0.1 Hz时达到最大位移,且在方波信号驱动下具有最好的响应速度和变形量.

关键词: 离子聚合物金属复合材料 , 铂电极 , 动态位移 , 工作频率

多壁碳纳米管改性铂型IPMC的试验研究

卞侃 , 熊克 , 刘刚 , , 王帮峰

复合材料学报

将一种全氟磺酸树脂(Nafion)与多壁碳纳米管(MWCNTs)分别按质量比100∶1、100∶3、100∶5进行配比,采用溶剂浇铸法配合超声波分散法制备MWCNTs/Nafion型离子交换膜(IEM),在此基础上利用化学沉积法制备铂型离子聚合物金属复合材料(Pt-IPMC),考察三种MWCNTs负载量对IEM及Pt-IPMC性能的影响。采用SEM配合EDAX研究Pt的沉积效果,对IEM及Pt-IPMC试样进行拉伸测试,采用数字信号发生器为激励源测试Pt-IPMC的动态位移。结果表明:添加MWCNTs使Pt-IPMC的内、外电极厚度分别增加200%~250%和180%~200%,使IEM及Pt-IPMC的弹性模量分别提高57.92%~140.85%和9.06%~52.85%;MWCNTs有效修饰了Pt-IPMC的内电极,并明显提升其动态位移量、动态响应及变形速度。

关键词: 离子聚合物金属复合材料 , 多壁碳纳米管 , 铂电极 , 力学性能 , 动态位移

银型离子聚合物金属复合材料传感性能

卞侃 , 熊克 , 朱程燕 , 顾莉莉 ,

复合材料学报

利用化学沉积的方法,在反应温度为23℃和10℃的条件下,制备银型离子聚合物金属复合材料(Ag—IPMC)。SEM和EDAX观测结果表明:反应温度10℃下制备的试样与23℃的试样相比,具有更好的电极沉积效果,其内、外电极厚度分别增加25%和34%,且外电极的开裂和剥落现象得到抑制。对10℃条件下制备的三种不同厚度的试样(0.2mm、0.4mm、0.8mm)的传感特性研究表明:随着厚度的增加,试样输出电压和灵敏度增强趋势明显;三种试样均对低频激励敏感,在0.3~0.8Hz时试样具有最高的灵敏度,其中0.8mm试样在0.65Hz时的传感电压为17.82mV,灵敏度可达1030.06mV/mm。

关键词: 离子聚合物金属复合材料 , 银电极 , 反应温度 , 传感 , 频率

制备温度对Ag-IPMC拉伸及致动性能的影响

顾莉莉 , 熊克 , 卞侃 , 吴佳俊 , , 王帮峰

复合材料学报

在不同的沉积温度-修饰温度(25℃-25℃,15℃-25℃,15℃-15℃,10℃-10℃,7.5℃-15℃,7.5℃-7.5℃)设定下,以化学沉积的方法制备银型离子聚合物金属复合材料(Ag-IPMC),并对制得试样进行了表面形貌观察以及拉伸测试和动态位移测试.结果表明:制备温度在7.5~25℃范围内,反应温度越低,离子交换膜表面所沉积的银粒子团聚颗粒越细小.在7.5℃-7.5℃下制备试样比25℃-25℃下制备的试样团聚颗粒直径小60%.电极厚度受温度影响较大,不同温度下内、外层电极厚度差异明显(内:~130%,外:~70%);制备温度在15℃-15℃的试样具有最大的弹性模量(比最小值大28%).在实验温度范围内,最大驱动变形量随着反应温度的降低而增大,其最大值比最小值大80%.

关键词: 金属离子聚合物复合材料 , 银电极 , 反应温度 , 抗拉性能 , 动态位移

电子束辐照浓香型白酒催效果的研究

张苗苗 , 陆栋 , 曹国珍 , 刘敬 , 金文杰 , 王菊芳 , 李文建

原子核物理评论 doi:10.11804/NuclPhysRev.31.02.218

以能量为1.5 MeV/u,剂量分别为500,750,1000,1250,1500 Gy的电子束对1,2,4,6,8年等5种年份浓香型白酒进行辐照处理;扫描各酒样200~400 nm波段的紫外光谱,根据紫外光谱图的差异,计算了280~300 nm波段的光谱曲线相似度,分析光谱曲线变化规律。结果表明,对于前4种白酒,对照样与辐照样光谱曲线相似度值越小,催效果越好;白酒存放时间越久,酒体风格转向老熟所需剂量越小,越容易达到最佳催效果;对于8年白酒,辐照剂量超过750 Gy后,白酒体系动态平衡被打破,各单体物质增加,出现返生现象。因此,电子束辐照技术对低年份浓香型白酒催效果显著,是一种先进、高效的催方法。

关键词: 白酒 , 电子束 , 紫外可见光谱 , 光谱曲线相似度 , 效果

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