论文摘要
离子聚合物金属复合材料（IPMC）由离子交换膜和涂镀在离子基体膜两侧的金属电极组成,是一种电活性材料,由其构成的致动器具有结构简单、驱动电压低、相对变形量大、重量轻等优点。目前,IPMC所使用的基体膜材料多为全氟碳链离子聚合物,但全氟碳链基体膜在价格和厚度方面对IPMC的应用有很大的限制。本文以此为背景,旨在对非氟碳链离子聚合物基IPMC的开发进行探讨和尝试。本论文利用聚乙烯-乙烯醇（EVOH）和1, 3-磺酸丙内酯的直接磺化反应合成出EVOH磺酸钾离子聚合物（EVOH-g-SO3K）,用2, 4-甲苯二异氰酸酯（TDI）对EVOH-g-SO3K进行交联改性,得到改性EVOH-g-SO3K（EVOH-g-TSO3K）;然后化学沉积金属电极,制得EVOH-g-TSO3K基IPMC。首先,本论文研究了EVOH-g-SO3K和EVOH-g-TSO3K的制备工艺,对其化学结构进行了表征,利用热分析考察了EVOH-g-TSO3K基体膜中水分子的状态及含量,同时利用电子显微镜和原子力显微镜表征了EVOH-g-SO3K和EVOH-g-TSO3K的分子微结构,最后对EVOH-g-TSO3K基体膜的各种性能进行了研究。研究发现,TDI对EVOH-g-SO3K进行了有效的交联改性,制备了EVOH-g-TSO3K基体膜;1, 3-磺酸丙内酯与EVOH中羟基的摩尔配比（rs）越高,EVOH-g-TSO3K的磺化度（ds）越大,ds随rs变化范围为13.43～50.2%;热分析所得到的EVOH-g-TSO3K基体膜中总体水分子质量分数为32.8%,与直接测试交联膜的吸水率30.9%大体一致;EVOH-g-TSO3K基体膜中离子团簇结构的直径约为10～30nm。另外,本论文研究了IPMC电极的制备工艺,用各种测试手段研究了IPMC的金属电极结构,从磺化度、不同反离子及负载电压等方面研究了IPMC的电形变性能。研究表明,一次、二次、三次化学沉积IPMC表面电极厚度分别约为13.23μm、24.16μm、28.14μm,随着化学沉积次数的增多,金属电极的致密性增大。X射线能谱仪对IPMC基体内S元素含量分布研究表明,ds为27.62%、23.36%、19.42%的IPMC连续相S元素百分含量值分别为15.82%、7.89%、3.54%。负载电压由1V增加到6V时,IPMC顶点最大位移由9.92mm增加到45.11mm,IPMC最大形变位移随频率增加而逐渐减小。对于不同反离子型IPMC,顶点位移大小顺序为IPMC-Li﹥IPMC-Na﹥IPMC-K﹥IPMC-H。本论文研究表明,EVOH-g-TSO3K基IPMC在驱动电压下可以实现电形变,是一种新型的IPMC材料,但其电形变性能需要进一步提高。
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标签：离子聚合物金属复合材料论文; 聚乙烯乙烯醇论文; 电形变性能论文; 电极结构论文; 离子团簇论文;