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
陈骐
,
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
安逸
,
熊克
,
顾娜
材料研究学报
doi:10.3321/j.issn:1005-3093.2009.04.010
提出了一种基于不可逆热力学和纯弯曲理论的力电耦合模型,以描述和预测离子聚合物金属复合材料的力电特性.力电耦合模型的表达形式可简化为含有两个驱动力(电场E和压力梯度▽p)的线性等式,主要依据离子传输、电场作用和弹性变形之间的耦合关系预测IPMC的力电特性;采用纯弯曲理论近似描述了IPMC的受力特征.这个力电耦合模型可解释IPMC材料的驱动特性和传感特性,能较好地预测IPMC在直流激励下的响应,误差在-7%以内.
关键词:
复合材料
,
离子聚合物金属复合材料
,
力电耦合
,
建模
,
热力学
,
纯弯曲
卞侃
,
熊克
,
陈骐
,
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
卞侃
,
熊克
,
刘刚
,
陈骐
,
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
卞侃
,
熊克
,
刘刚
,
陈骐
,
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
焦战士
,
何青松
,
郭东杰
,
戴振东
复合材料学报
合成了磺酸化石墨烯单分子膜, 并按不同质量分数浇注了约200 μm厚的石墨烯/全氟磺酸杂化膜, 全反射衰减红外光谱验证了全部合成和掺杂过程; 对影响杂化膜电致动性能的相关物理参数进行了测试。 利用化学还原沉积技术在杂化膜两侧嵌入Pt纳米颗粒, 制成石墨烯/全氟磺酸-金属复合材料, 并进行了扫描电子显微镜观测。引入低频正弦电信号, 得到聚合物电致动器, 利用力和位移传感器测试其电致动性能。结果表明： 石墨烯掺杂后, 离子交换膜的柔韧性、 离子交换能力、 含水量均得到了一定程度的提高。金属Pt纳米电极表面平整; 颗粒较精细、 均匀; 电极与基底膜结合紧密。杂化膜具有高度的电致形变性能; 相同条件下, 最大输出位移可增加2.38倍。
关键词:
全氟磺酸聚合物
,
磺化石墨烯
,
离子聚合物金属复合材料
,
电致动性能
,
离子交换能力
卞侃
,
熊克
,
朱程燕
,
顾莉莉
,
陈骐
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
顾娜
,
熊克
,
安逸
,
裘进浩
材料导报
doi:10.11896/j.issn.1005-023X.2016.16.003
通过在溶液浇筑法制备的离子交换膜的表面进行化学镀铂,制备出具有三明治型结构的离子聚合物金属复合材料.使用扫描电镜和能谱仪对其表面和断面形貌以及铂金属含量分布进行表征,并采用电化学阻抗分析方法测试研究其电化学性能,结合实验结果和电极反应动力学理论建立电路模型.实验结果和电路模型分析表明:损坏后试样较正常试样的溶液电阻和电荷传递电阻增大,而双电层电容和Warburg阻抗的数值减小.可见将电化学性能作为评价离子聚合物金属复合材料驱动性能和传感性能的评价指标是可行的.
关键词:
复合材料
,
智能材料
,
离子聚合物金属复合材料
,
电化学阻抗分析
,
电路模型
