[发明专利]具有双致动效应的电致动柔性聚合物、制备方法及测试方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种具有双致动效应的电致动柔性聚合物、制备方法及测试方法，属于仿生工程、生物、医疗、航空航天等领域。

背景技术：

在工程和机械领域，硬性材料长期以来都是研究人员的研究热点，但是，柔性材料在自然界的动、植物生物体的机械结构中却普遍存在。相比于传统的金属、陶瓷等“硬性材料”，高分子聚合物复合材料是“柔性材料”的典型代表。在外界的刺激(如机械应力、温度、电磁场等等)下，柔性材料能够产生不同程度的形变而体现出活性。智能柔性材料作为一种新型的功能材料，它可以感知外部的刺激从而进行判断，并且能够对感知到的信息进行适当的处理。智能柔性材料相对于智能硬性材料可以承受更大的变形，对生物具有更强的亲和性，并且其密度较小。智能材料及智能器件在机械、医疗、军工方面存在广泛的应用前景。由于其变形能力和驱动能力都接近于生物肌肉，所以，在机器人领域有着非常好的发展前景。智能柔性材料可以在很大程度上模拟生物特征，因此它被称为“活”性软材料。作为新型智能活性聚合物材料的代表，电致活性聚合物(Electro-active polymer EAP)主动软材料日益显示出其巨大的优越性。

离子交换聚合金属材料(ion-exchange polymer metal composite IPMC)以离子交换膜为基体材料，外面包裹金属电极，在外电场激励下由于水合阳离子迁移效应可输出大变形。IPMC除拥有电致活性聚合物的典型优点外还具有许多优异特性，如轻质高弹、弹性应变大、结构简单和激励方式简便安全等。其能够模拟生物的肌肉组织，与肌肉组织有着相近的破坏极限和最大应变的特性使得它被称为“人工肌肉”，在航空航天、仿生驱动、医学等领域具有广泛的应用前景。

发明内容：

本发明提供一种具有双致动效应的电致动柔性聚合物、制备方法及测试方法，其中电致动柔性聚合物采用IPMC为柔性聚合物基底材料，通过添加纳米级BaTiO₃粒子改性材料增加IPMC的力学和电学性能，具有良好的应用前景。

本发明采用如下技术方案：一种具有双致动效应的电致动柔性聚合物，其中包括柔性材料层，所述柔性材料层为多层复合材料，在所述柔性材料层内部添加有纳米级BaTiO₃粒子改性材料，在所述柔性材料层的上下两面分别由内而外对称的设有内、外电极层，所述柔性材料层为Nafion溶液中掺杂纳米级钛酸钡固化成型得到，所述内、外电极层为金属Pt或者Ag构成。

进一步地，所述内电极层为渗入离子交换层(柔性材料层)内部3～7μm的内层过渡电极，外电极层为6～12μm厚的外层过渡电极。

本发明还采用如下技术方案：一种具有双致动效应的电致动柔性聚合物的制备方法，步骤如下：

第一步，制备柔性材料层：先对Nafion溶液进行前期处理，将纳米级的钛酸钡掺杂至处理好的Nafion溶液，对掺杂纳米级钛酸钡后的Nafion溶液进行固化制备柔性材料层；