[发明专利]PVP@AgNPs封装的IPMC电致动器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种PVP@AgNPs封装的IPMC电致动器及其制备方法，采用提拉工艺在废旧IPMC表面包覆一层致密的PVP@AgNPs材料作为封装电极，本发明提出的IPMC制备方法简单，将旧IPMC悬挂于银浆中，银浆以一定的速度下降，得到PVP@AgNPs封装的IPMC。PVP@AgNPs封装的IPMC增加IPMC电致动器的保水性能，提拉后，PVP包裹的银纳米颗粒很容易填补到Pt电极的缺陷处。而Ag纳米颗粒与Pt纳米粒子的键合作用很强，电极不易脱落，对IPMC的封装效果更加显著，从而减缓了IPMC致动器的电极疲劳，延长了IPMC致动器的工作时间，进而提高了IPMC的输出力，位移和力学性能。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及PVP@AgNPs封装的IPMC电致动器及其制备方法。

背景技术

离子交换聚合物金属复合材料(IPMC)由于在低驱动电压(通常小于5V)下轻便且变形大，因此潜在地可用于机器人执行器，人造肌肉和动态传感器。

在大多数应用中，由于杜邦全氟化酸(Nafion)具有稳定的化学和电化学性能，高离子交换容量(IEC)和高质子传导性，因此被用作聚合物基体以产生强机电响应。在大多数情况下，Nafion基体膜被两层稳定的金属(Pt，Au等)纳米片夹在中间，以制成IPMC。在电场的驱动下，载有水分子的Nafion基质内部的电解质阳离子从阳极迁移到阴极，同时由于Pt纳米颗粒的均匀分布，水被阻止从多孔表面电极中泄漏出来(颗粒阻尼效应)，导致水的浓度梯度，进而触发IPMC向阳极弯曲。当IPMC弯曲超过金属电极的屈服应变时，在电极表面上会随机产生不规则的裂纹和皱纹。裂纹和皱纹的存在具有严重的负面影响，如下所述：

1)这些裂纹将不可避免地降低电极的电子电导率，并产生不均匀的电场分布，从而导致大量能量的浪费和IPMC致动器的变形。

2)这些裂缝会引起水分的大量流失，特别是在脉冲电场作用下。

3)此外，电解质离子将从电极裂缝中泄漏出来，从而削弱了颗粒的筑坝效果，进而减弱了机电响应。

4)另外，由于极性和表面能的差异，金属电极总是很容易疲劳，并且会从Nafion基体上剥离。

因此，为了解决以上问题，IPMC被封装到许多聚合物材料中，有许多团队在这些方面展开了研究。例如，Lei的团队提出的聚对二甲苯涂层可以增加保水性能(Sensors andActuators A 217(2014)1–12)，防止电极和导线腐蚀和在多种环境中工作，但这一种封装方法不能对长时间使用的电极进行修复，也不能提高IPMC的致动性能。Kim的工作是将IPMC进行等离子处理和涂敷聚对二甲苯等预处理(Smart Mater.Struct.18(2009)115009)，再用PDMS对水平或者垂直排布的不同宽度、长度和厚度的IPMC进行封装，达到提高IPMC致动能力和增加其阻挡力的效果，但制备过程过于复杂。我们的团队也提出在旧的IPMC表面电镀一层PEDOT进行封装(ZL2019100910300)，但由于电镀的PEDOT无法控制电极厚度，以及作为柔性聚合物电极，电阻远大于金属电极，这种方法也很难达到较好的效果。由于以往的研究工作都是采用聚合物进行封装，聚合物封装的优点在于其保水效果较好，但是在IPMC的使用过程中，由于水的电离会产生氢气和氧气并释放出来，从而使封装的聚合物产生鼓泡现象，甚至最终导致封装的聚合物脱落。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种使用银纳米颗粒填补IPMC表面电极孔隙，修复IPMC的技术。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种PVP@AgNPs封装的IPMC电致动器，所述的IPMC电致动器由PVP@AgNPs封装废旧IPMC制备的新IPMC以及外接电信号输入系统组成。

进一步，所述电信号输入系统的电信号为0.1-10Hz，0.5-5V的正弦波、方波或三角波。