聚吡咯-二氧化硅改性離子聚合物材料及其致動性能研究.pdf

1、離子聚合物金屬復(fù)合材料（Ionpolymermetalcomposite，IPMC）通電彎曲并產(chǎn)生力和位移的特性使其在作為驅(qū)動器方面具有很大的應(yīng)用前景。目前，國內(nèi)外研究結(jié)果表明：IPMC具有輸出力低和非水工作時間短兩大缺點。本文主要從IPMC的缺點出發(fā)，運用有機(jī)合成等方法對IPMC進(jìn)行性能的優(yōu)化，以達(dá)到提高IPMC的輸出力，延長IPMC的非水工作時間的目的。具體工作內(nèi)容如下：
　　1、合成了表面帶有磺酸基團(tuán)的SiO2納米顆粒。將巰

2、丙基甲氧基硅烷（(MeO)3SiSH）和SiO2納米顆粒置于圓底燒瓶中回流，并用過氧化氫（H2O2）進(jìn)一步氧化，紅外測試結(jié)果顯示在1039cm-1處出現(xiàn)了明顯的特征峰，經(jīng)證實此為-SO3H基團(tuán)中的S=O鍵的伸縮振動峰，由此可證明SiO2表面接枝磺酸基團(tuán)，生成了改性的SiO2-SO3H納米顆粒。基于IPMC的致動機(jī)理，對SiO2-SO3H納米顆粒進(jìn)行了離子交換當(dāng)量的測試，離子交換當(dāng)量測試結(jié)果表明，SiO2-SO3H納米顆粒的離子交換當(dāng)量值

3、大于Nafion膜的離子交換當(dāng)量值（0.98mmol/g），因此通過向IPMC中引入SiO2-SO3H，可以提高Nafion膜的離子交換當(dāng)量，從而提高IPMC的輸出力；
　　2、合成不同PPy和SiO2組分比例的聚吡咯/二氧化硅（PPy/SiO2）聚合物，通過TEM測試發(fā)現(xiàn)PPy/SiO2聚合物的分散性隨著PPy和SiO2組分比例的不同而有所區(qū)別；用PPy/SiO2聚合物對IPMC進(jìn)行摻雜改性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PPy/SiO2的分散性對I

4、PMC性能具有較大影響，經(jīng)多次實驗得出了PPy/SiO2聚合物對IPMC性能優(yōu)化的最佳摻雜方案。根據(jù)最佳摻雜方案，制備PPy/SiO2-SO3H聚合物，并將其對IPMC進(jìn)行摻雜，以期更進(jìn)一步提高IPMC性能。對于聚合物摻雜改性后的IPMC的輸出力測試結(jié)果表明：通過PPy/SiO2聚合物的摻雜，在2V，2.5V，3V正弦交流電壓下，IPMC的最大輸出力分別由原來的13.575mN，14.981mN，15.977mN增大到29.378mN，

5、31.195mN，34.681mN，平均提高了1.5倍；
　　3、在電場作用下，對于1-甲基-3-乙基-咪唑硫氰酸鹽（[EMIn]SCN）來說，體積較大的[EMIn]+陽離子向陰極遷移，體積較小的SCN-陰離子向陽極遷移。基于此原理，結(jié)合[EMIn]SCN不揮發(fā)、分解電壓高的特性，用其代替水作為IPMC的質(zhì)子傳導(dǎo)介質(zhì)來提高IPMC的非水工作時間。實驗結(jié)果表明：4V正弦交流電壓下，當(dāng)IPMC在空氣中作用時間延長至320s以后，以水為