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以Nafion膜為基體的聚合物人工肌肉的制備及性能研究

發(fā)布時間:2018-06-20 17:59

  本文選題:離子聚合物金屬復合材料 + 末端位移; 參考:《天津大學》2012年碩士論文


【摘要】:離子聚合物--金屬復合材料(Ionic polymer—metal composites)是近年來被廣泛研究的一種新型的智能材料,它在外加交變電場的作用下可以產生擺動響應。由于它具有驅動電壓低、形變大、密度小,易于加工成人們需要的形狀的諸多優(yōu)勢,因而被人們用來制造微型的人工機器人驅動器、傳感器,以及具有哺乳動物肌肉相似性能的人工肌肉。 本文以Nafion117膜和金屬銀為原料,用化學還原的方法制備了IPMC。在化學還原的過程中分別使用了葡萄糖、硼氫化鈉和維生素C作為還原劑,對制得的IPMC進行形貌表征考察還原劑對IPMC電極的影響。針對電極層存在的缺陷使用了多種方法對表面的電極進行加工和修飾,以期望獲得更好的電致動性能:在制備金屬銀電極的過程中引入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作為分散劑來抑制金屬顆粒團聚制得致密的導電性較好的表層電極、增加電極的化學鍍次數以增加電極厚度、在電極表層用離子濺射鍍膜儀噴鍍金電極薄層減少電極層中的缺陷以及對IPMC樣品進行真空硅脂包覆處理減少水分子逸出。 利用掃描電子顯微鏡和能譜儀對使用不同制備工藝制備的IPMC表層電極進行結構表征和元素分析,使用四探針法測定不同IPMC樣品的表面電阻來考察電極導電性能。通過研究IPMC樣品在直流和交流電壓下的末端位移、輸出力和工作壽命的變化規(guī)律,考察電極厚度、陽離子種類以及外加電場等因素對IPMC電致動性能的影響。 對IPMC人工肌肉的電極材料進行初步探索,選用常見的銅金屬和導電高分子聚苯胺作為電極材料制備了IPMC。
[Abstract]:Ionic polymer-metal composites (Ionic polymer-metal composites) have been widely studied in recent years, which can generate oscillating responses under the action of an alternating electric field. Because of its advantages of low driving voltage, large deformation, low density and easy to be machined into the shape people need, it is used to manufacture micro actuators and sensors for artificial robots. And artificial muscles with similar properties to mammalian muscles. IPMC was prepared by chemical reduction from Nafion 117 film and silver metal. In the process of chemical reduction, glucose, sodium borohydride and vitamin C were used as reducing agents, respectively. The morphology of the prepared IPMC was characterized and the effect of reducing agent on the IPMC electrode was investigated. In view of the defects in the electrode layer, various methods are used to process and modify the electrode on the surface. In order to obtain better electrokinetic performance, polyvinylpyrrolidone (PVP) was introduced as dispersant in the preparation of silver metal electrode to inhibit the agglomeration of metal particles to produce a dense surface electrode with good electrical conductivity. The electrode thickness was increased by increasing the number of electroless plating times, the defects in the electrode layer were reduced by spraying gold electrode thin layer with ion sputtering coating instrument on the electrode surface, and the water molecule escape was reduced by vacuum silicon resin coating on the IPMC sample. The structure and elemental analysis of IPMC surface electrode prepared by different preparation processes were studied by scanning electron microscope and energy spectrometer. The surface resistance of different IPMC samples was measured by four-probe method to investigate the conductivity of the electrode. The effects of electrode thickness, cationic species and applied electric field on the electrokinetic properties of IPMC were investigated by studying the variation of terminal displacement, output force and working life of IPMC samples under DC and AC voltages. The electrode materials of IPMC artificial muscle were preliminarily explored. Common copper metal and conductive polymer Polyaniline were used as electrode materials to prepare IPMC.
【學位授予單位】:天津大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2012
【分類號】:R318.1;TB381

【參考文獻】

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本文編號:2045193

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