[发明专利]IPMC驱动过程中金属电极动态修复的方法

说明书

本发明公开了一种IPMC驱动过程中金属电极动态修复的方法，以铂型IPMC金属电极的修复为例进行具体说明。采用化学镀法制备金属型IPMC，以铜离子作为驱动离子与动态修复离子，利用水合铜离子在基膜内部的迁移为IPMC提供输出力，同时利用铜离子在交变电场下的持续还原反应对铂电极金属层进行自修复。工艺流程有：（1）传统金属电极型IPMC的制备；（2）动态修复离子液的配置；（3）动态修复离子的交换过程；（4）金属电极动态修复过程；（5）样品保存。本发明在不增加成本的前提下，明显提高IPMC电极的导电性与输出性能。实验证明，动态修复后的IPMC输出性能明显提高，该方法还适用于金型IPMC，钯型IPMC和银型IPMC的电极修复，具有很大的推广价值。

技术领域

本发明涉及IPMC驱动过程中金属电极动态修复的方法，属于智能驱动技术领域。

背景技术

IPMC是一种新型的离子型电活性聚合物，在电场刺激下能够产生一定的变形，与传统的电活性材料相比，IPMC具有驱动电压低、变形相对较大、质量轻，以及反应迅速等优点，因此越来越引起研究者的关注。IPMC主要由离子交换膜(Nafion、Flemion)和表面贵金属(铂、金、钯)电极层组成，研究表明表面贵金属层的导电性对IPMC驱动性能有很大的影响(Shahinpoor M,Kim K J.The effect of surface-electrode resistance on theperformance of ionic polymer-metal composite(IPMC)artificial muscles[J].SmartMaterials&Structures,2000,9(4):543.)。传统的IPMC表面电极为铂电极，但在使用的过程中，由于IPMC弯曲作用，表面金属电极会发生膨胀，从而引起表面裂纹的产生，导致IPMC表面电极的电阻升高，这严重影响IPMC的使用寿命和驱动效果。

为了减小IPMC弯曲过程中裂纹，提高IPMC电极的持续导电性，许多研究者做出了探索研究，主要有将金属复合层作为IPMC电极，如铜-铂复合镀层的研究，显著提高电极的导电性(Uchida M,Taya M.Solid polymer electrolyte actuator using electrodereaction[J].Polymer,2001,42(22):9281-9285.)、将延展性更好的贵金属金作为IPMC电极的，目的是减小裂纹的产生(Oguro K,Fujiwara N,Asaka K,et al.Polymerelectrolyte actuator with gold electrodes[J].Proc Spie,1999,3669(3669):64-71.)以及将导电聚合物材料作为IPMC电极层，克服金属电极长期使用后失效的问题(Lee SW,Kim J W,Kim Y H,et al.Actuation characteristics of all-organic polymeractuator with conducting polymer electrode[J].Macromolecular Research,2013,21(6):699-703.)等，但是上述研究存在一定的缺陷，比如铜-铂复合电极中，施加电压信号后铜金属层易氧化脱落，重复使用性差；金电极的成本大，且制备工艺复杂；导电聚合物电极型的IPMC位移和输出力较小，不能满足实际应用要求。为了解决IPMC使用过程中电极层裂纹产生，电阻升高的问题，提出一种驱动过程中IPMC金属电极动态修复的方法，提高电极的导电性和输出性能，延长IPMC使用寿命。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题，通过改变驱动离子，利用电解原理，提出一种IPMC驱动过程中金属电极动态修复的方法，克服IPMC金属电极驱动过程中电阻升高的问题，实现金属电极的长久使用。

一种IPMC驱动过程中金属电极动态修复的方法，包括以下步骤：

步骤1、传统金属电极型IPMC的制备：以全氟磺酸型离子交换膜为基底材料，经两次化学镀在基底膜两侧沉积金属层，制备出金属电极型的IPMC电极；