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材料导报 2023年第6期37卷 194-201页

作者：常龙飞杨海林金珂沈锦杰朱子才胡颖合肥工业大学工业与装备技术研究院航空结构件成形制造与装备安徽省重点实验室合肥230009 合肥工业大学先进功能材料与器件安徽省重点实验室合肥230009 西安交通大学机械工程学院西安710049

透明柔性功能材料对于现代机械电子器件的发展至关重要。本工作通过结合溶液浇铸法和滚涂法探索了Nafion/IL基体膜、PEDOT:PSS电极的透明ipmc材料制备工艺,研究了其力电特性及电致动性能规律,并针对主要的制备工艺参数进行了正交优化,对... 详细信息

透明柔性功能材料对于现代机械电子器件的发展至关重要。本工作通过结合溶液浇铸法和滚涂法探索了Nafion/IL基体膜、PEDOT:PSS电极的透明ipmc材料制备工艺,研究了其力电特性及电致动性能规律,并针对主要的制备工艺参数进行了正交优化,对Nafion/IL基体膜厚度、每侧PEDOT:PSS电极滚涂量、浸泡在IL中的热压时间以及糙化程度的影响水平进行了深入分析。根据正交优化参数制备的透明ipmc具有良好的光学透明性、电化学特性以及力学特性。本工作制备的透明ipmc在5 V电压作用下最大尖端位移峰-峰值可达11.824 mm,且具有高频响应特性,有效响应频率高达100 Hz。本工作对丰富ipmc制备工艺方法、推动ipmc材料在透明柔性电子器件领域的应用具有重要意义。

关键词：透明ipmc Nafion/IL膜 PEDOT:PSS 溶液浇铸法滚涂驱动性能

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透明ipmc材料的制备及其机电性能研究

透明IPMC材料的制备及其机电性能研究

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作者：杨海林合肥工业大学

学位级别：硕士

离子聚合物-金属复合材料(Ionic Polymer-Metal Composite,ipmc)是由中间离子聚合物层和两侧电极层组成的一种柔性智能材料,具有驱动电压低、响应速度快、柔韧性好、变形大等优点,在电子器件、仿生机器人、生物医疗等诸多领域都有重要... 详细信息

离子聚合物-金属复合材料(Ionic Polymer-Metal Composite,ipmc)是由中间离子聚合物层和两侧电极层组成的一种柔性智能材料,具有驱动电压低、响应速度快、柔韧性好、变形大等优点,在电子器件、仿生机器人、生物医疗等诸多领域都有重要的研究意义。随着ipmc应用领域的不断扩大,对ipmc材料研究提出了越来越多新的要求。如在电子器件领域,很多柔性电子器件对智能材料提出了具有光学透明性的要求,而将ipmc材料应用到该领域就要开发出一种具有一定透明度的ipmc。本文则主要围绕透明ipmc制备工艺以及相关性能的探索而展开的研究。首先,进行透明ipmc制备工艺的探索。以Nafion/IL基体膜作为透明ipmc的中间聚合物层,分别利用银纳米线(AgNW)和聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)作为电极层材料进行探索。基于AgNW电极的透明ipmc采用浸泡法和涂覆法进行工艺探索,结果证明采用涂覆法可以制备透明ipmc,但是基于AgNW电极的透明ipmc性能差且电极容易脱落,制备的样品在实际应用中仍然具有诸多问题。而基于PEDOT:PSS电极的透明ipmc分别采用热压法和滚涂法进行实验探索,结果发现,用滚涂法可以制备较为均匀的透明ipmc,同时还具有较好的低压驱动特性。其次,对基于PEDOT:PSS电极的透明ipmc的微观特性、透明性、电化学特性、力学性能、驱动性能进行了系统的研究。透明ipmc具有传统ipmc的三层结构,也具有较好的电化学特性和力学性能。研究表明,随着电极含量的增加,透明ipmc样品的最大尖端位移随之增大。最大尖端位移随着电压信号幅值的增加而增大,随着信号频率的增加而减小,这说明透明ipmc具有高频衰减的特性。对透明ipmc施加直流电压时,在施加电压后的0.5s内尖端位移达到最大,之后尖端位移有小幅度的下降,说明本文制备的透明ipmc具有反向松弛特点。最后,简要探究了基于PEDOT:PSS电极的透明ipmc的传感特性,搭建了透明ipmc传感性能测试平台,并测量了透明ipmc产生传感电压信号的大小。本文对透明ipmc制备工艺进行了深入研究并提出了一种切实可行的制备方法,对其性能进行了系统性的研究,为实际应用提供了重要的参考依据。

关键词：透明ipmc 制备工艺 PEDOT:PSS 驱动性能传感性能

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