于敏
,
丁海涛
,
郭东杰
,
何青松
,
戴振东
功能材料
离子聚合物金属复合材料（ionic polymer-metal composites,IPMC）是一种新型电致形变高分子材料,具有广阔应用前景。为了有效描述IPMC的形变规律,基于IPMC致动原理提出了一种电致动模型。建立了阶梯电压下IPMC膜内水合阳离子的力平衡方程,由水合阳离子的浓度分布及水分子的扩散计算得出水分子的浓度以及含水量分布,结合实验所确定的含水量和应变的关系从而确定IPMC沿厚度方向的应变分布。该计算方法适用于不同形状的IPMC致动器。以悬臂梁IPMC致动器为例,通过应变分布计算得到IPMC致动器在阶跃电压下的输出弯矩和相应的位移响应,模拟结果与实验结果的瞬时响应规律高度一致,证明该模型正确。该模型的建立为IPMC结构驱动一体化设计奠定了坚实的基础。
关键词:
离子聚合物金属复合材料
,
IPMC
,
致动模型
,
数值模拟
徐云霞
,
丁燕
,
邓凯
,
何青松
,
于敏
,
郭东杰
,
戴振东
材料科学与工程学报
为降低IPMC的生产成本,采用低维纳米碳材料对IPMC铂电极进行修饰.用聚二烯二甲基氯化铵对碳纳米管和石墨烯进行带电修饰,并分散在甲醇中形成稳定的电解液,在已进行一次化学镀铂的Nafion膜上分别电泳沉积碳纳米管和石墨烯薄膜,制备新型IPMC.扫描电镜图片显示:碳纳米管和石墨烯均能成功沉积到膜的表面,且碳纳米管电极层更均匀致密,与铂层结合更紧密.驱动性能测试结果表明:碳纳米管修饰的IPMC致动性能优异,3.0V电压下最大输出位移为13.90mm,最大输出力为15.72mN,分别是同等条件下铂型IPMC的94％和77％,而石墨烯型IPMC最大输出位移和输出力分别是铂型IPMC的51％和40％.
关键词:
IPMC
,
碳纳米管
,
石墨烯
,
电泳
,
电致动性能
赵扬
,
徐兵
,
郑高峰
,
庄明凤
,
黄伟伟
,
关明杰
功能材料
doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2014.增刊(Ⅰ).008
离子聚合物金属复合物(ionic polymer met-al composite,IPMC)是一种新型离子型电致动聚合物,具有在低电压驱动下产生大变形的特点而有广阔的应用前景。通过在 IPMC 表面制作图案化电极,使其在电压驱动下实现扭转运动。针对图案化电极的结构尺寸对其扭转特性的影响进行研究,得到图案化电极IPMC的扭转特性规律。同时针对贴合方式 IPMC的结构尺寸变化对其扭转特性的影响进行研究,并比较两种IPMC的扭转运动效果,得出制备可实现扭转运动IPMC的影响因素。
关键词:
图案化电极
,
IPMC
,
扭转运动
,
结构尺寸
,
电极间距
徐岩
,
赵刚
,
杨立明
,
郑金兴
,
马长顺
,
朱玉敏
功能材料
doi:10.3969/j.issn.1001-9731.2013.11.029
为了降低成本并改善材料性能,采用导电性良好的Ag作为IPMC人工肌肉两侧金属电极,利用还原法制备IPMC,并设计了测试IPMC人工肌肉性能的平台,对样件使用寿命进行测试.结果表明,改良后的制备工艺,使制备周期缩短了30％,IPMC样件制备质量均能达到使用要求；未经表面保水处理的IPMC在空气中的动作次数为60次左右,而经过表面保水处理的IPMC在空气中的动作次数可以提高到90次,对IPMC表面经过保水处理可以使其使用寿命提高50％左右.
关键词:
IPMC
,
制备工艺
,
失水性
,
使用寿命
徐岩
,
赵刚
,
朱玉敏
,
孙壮志
,
隋智阳
稀有金属材料与工程
为了明确IPMC的失效机制,提高其使用寿命,以制备的Ag-IPMC为研究对象,对Ag-IPMC失效前、后的表面物质组分变化进行分析.采用能谱仪对选取的3处新制Ag-IPMC样件表面和5处失效Ag-IPMC样件表面进行能谱分析,分析Ag-IPMC样件失效前后其表面物质组分的变化规律,研究Ag-IPMC表面物质组分变化对运动失效的影响.结果表明:新制的Ag-IPMC样件的表面Ag镀层中几乎没有Ag的氧化物存在,并且Ag镀层的导电性能优良,为基膜内离子的交换提供稳定的电场环境;失效的Ag-IPMC样件表面Ag元素含量降低,在电流作用下镀层中的Ag与O和S发生反应,生成了氧化物和硫化物,使镀层结构产生类似于拉伸断裂的现象,从而增大了Ag-IPMC表面镀层的接触电阻,导致Ag-IPMC失效.
关键词:
IPMC
,
物质组分
,
能谱
,
失效机制
沈辉
,
于敏
,
季宏丽
,
戴振东
,
裘进浩
功能材料
IPMC(ion-exchange polymer metal composite)离子交换聚合物-金属复合材料)是一种人工肌肉材料,其较低的驱动电压能产生较大的位移变形,研究了IPMC这种智能材料的输出力特性.实验选取了不同电压幅值,不同频率的方波、三角波、正弦波3种波形作为电激励信号,通过力传感器实测了IPMC试样末端的输出力.结果表明,随着电压幅值的增大,其输出力也增大;随着电刺激信号频率的降低,其输出力也增大;而波形对其输出力影响不显著.
关键词:
IPMC
,
执行器
,
人工肌肉
,
输出力
李林朋
,
周轶然
,
林世伟
,
杨旭
,
郝丽娜
功能材料
研究了Nafion117质子交换膜的成膜过程与IPMC人工肌肉的制备过程.制备不同厚度的Nafion膜,在此基础上使用化学沉积法制备IPMC.制备主要分为前期预处理、主化学镀反应和次化学镀反应.由于在制备过程中膜表面产生气泡,需要高速搅拌,既要考虑到气泡快速溢出,又要使Nafion膜不与搅拌棒接触产生划痕,因此采用立式固定.然后利用IPMC的性能测试平台对样品进行了致动特性与物理参数的测试.成功制备了IPMC人工肌肉的样品,测定了不同厚度实验材料的致动特性,研究了这种材料在空气中的使用方法,完善了这种材料的性能数据库信息,为这种智能材料的应用提供了依据.
关键词:
IPMC
,
化学沉积
,
制备工艺
,
性能测试
刘刚
,
王帮峰
,
卞侃
,
金宁
,
陈骐
,
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
郭文莎
,
罗欣
,
金建新
材料导报
IPMC智能材料具有在低电压下产生较大形变和张力的特点,可作为新型的致动器.为了降低制备成本,采用渗透还原法制备了Pt-Ni/Nafion双金属层离子聚合物复合材料,确定了一套完整的制备工艺,测试了Pt-Ni/Nafion材料在不同驱动电压下的致动特性.结果表明,IPMC膜的形变随着直流电压的增大而增大,与初始位置的最大偏转角为47°;IPMC膜在正弦交流电压驱动下,形变随着电压幅值增大而增大,随着电压频率的增大而减小,并且电压输入与位移输出具有线性关系.
关键词:
IPMC
,
致动器
,
Pt-Ni/Nafion
,
致动特性
