增强型IPMC制备工艺及驱动性能研究

作     者：张振杰 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邵俊鹏

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：IPMC 驱动器 驱动性能 高导电电极 离子传导 

摘      要：离子聚合物金属复合材料(Ionic Polymer Metal Composite,IPMC)是一种新型的高分子驱动材料。其具有变形大、密度小、驱动电压低等特点,在仿生学、海洋学、航天学等领域具有广泛的应用前景,逐渐成为新一代的研究热点。但在实际应用中IPMC仍存在驱动性能过差、电极制备成本过高、制备工艺不完善及离子交换膜传导效率较低等问题。本文以IPMC作为研究对象,对其驱动机理及其新型制备工艺进行研究,同时针对离子交换膜传导效率较低及电极质量较差且制备价格过高的问题进行研究:首先,对IPMC的驱动机理进行分析研究。得到影响IPMC驱动性能的影响因素,再根据影响因素设计性能测试实验,提出了高导电电极镀覆改性及高离子传导离子交换膜改性。其次,对电极改性进行研究。针对IPMC电极镀覆价格过高且性能较差问题,提出先进行离子还原及一次化学镀,再进行热压的新型电极制备工艺。成功制备高导电电极IPMC,并通过实验测量其导电性能及电化学性能并与普通IPMC进行比对分析。然后,对离子交换膜改性进行研究。通过实验探究多壁碳纳米管(MultiWall Carbon Nanotubes,MWCNT)掺杂改性和多孔结构改性对IPMC性能的影响。针对IPMC中多种掺杂物团聚的问题,提出冷冻干燥高离子传导交换膜制备工艺,解决了普通制备工艺中多种掺杂物团聚的问题,提高了离子传导效率。最后,确定合适的评价方案并对IPMC进行驱动性能测试。根据驱动性能测试,分析各种参数对IPMC驱动性能的影响,得到高导电电极及高离子传导交换膜会促进IPMC驱动性能的结论,并发现离子通道、水分子通路两种影响因素之间存在相互影响的现象,共同促进IPMC的驱动性能,同时验证了新型制备工艺的可行性,降低了IPMC的制备成本。