[发明专利]基于有序纤维基膜的IPMC能量收集器

说明书

基于有序纤维基膜的IPMC能量收集器，涉及能量收集器。设有全氟磺酸树脂有序纤维柱、聚二甲基硅氧烷弹性壳体、金属电极和阳离子溶液。所述全氟磺酸树脂有序纤维柱外部包裹聚二甲基硅氧烷弹性壳体，聚二甲基硅氧烷弹性壳体外形呈阶梯状，全氟磺酸树脂有序纤维柱内部充满离子溶液，全氟磺酸树脂有序纤维柱内部上下两端分别与金属电极相连。输出功率提高。通过使Nafion基膜纤维化，使离子迁移具有方向性，缩短了阳离子的迁移路径，提高了基膜的质子电导率；可以承受较大负载力，负载频率也得到提高。结构简单，易于实现；可用作微型能量收集装置，环保、无噪声、便携。

技术领域

本发明涉及能量收集器，尤其是涉及基于有序纤维基膜的IPMC能量收集器。

背景技术

离子聚合物金属复合物(IPMC)是在全氟磺酸树脂(Nafion)表面镀上金属铂电极，形成一种“三明治”结构的智能材料；IPMC在一定频率(100HZ)的负载变形下，会在其厚度方向产生电压和电流。

基于IPMC这种力电输出特性，国内外研究人员已开展IPMC的能量收集应用研究，目前的研究主要集中于探索适合的能量收集模式，如美国纽约大学Porfiri^[1]课题组将IPMC贴于柔性旗摆上，通过水流带动旗帜摆动使IPMC产生变形来研究IPMC的能量输出特性，但是目前IPMC功率输出普遍较低，因此研究学者们致力于如何提高IPMC的能量输出。

现有的IPMC基膜材料主要选用全氟磺酸树脂基膜，该基膜主要通过流延工艺和浇铸工艺进行制备。

参考文献：

[1]Giacomello A.,Porfiri M.Energy harvesting from flutterinstabilities of heavy flags in water through ionic polymer metal composites[C]//SPIE Smart Structures and Materials Nondestructive Evaluation and HealthMonitoring.International Society for Optics and Photonics,2011:797608-7976089。

发明内容

本发明的目的是提供基于有序纤维基膜的离子聚合物金属复合物(IPMC)能量收集器。

本发明设有全氟磺酸树脂(Nafion)有序纤维柱、聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性壳体、金属电极和阳离子溶液。

所述全氟磺酸树脂(Nafion)有序纤维柱外部包裹聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性壳体，聚二甲基硅氧烷(PDMS)弹性壳体外形呈阶梯状，全氟磺酸树脂(Nafion)有序纤维柱内部充满离子溶液，全氟磺酸树脂(Nafion)有序纤维柱内部上下两端分别与金属电极相连。

当全氟磺酸树脂(Nafion)有序纤维柱受压变形时，纤维柱内阳离子发生迁移，导致纤维柱内局部阳离子浓度发生改变，在纤维柱两端产生电势差。

所述弹性壳体材料包裹于纤维柱四周，弹性壳体可反复变形且不易损坏，解决了Nafion纤维柱变形回弹性差的问题。

所述金属电极与纤维柱两端直接相连，用于外部电路的连接，通过导线连接外部设备，实现能量收集过程。

现有的全氟磺酸树脂基膜的内部通道错综复杂不利于离子的传输，因此本发明提出采用有序纤维基膜制备IPMC能量收集器，利于IPMC内部离子的传输，提高IPMC的能量输出。

本发明的优点在于：

(1)相比于传统的IPMC器件，输出功率提高。本发明通过使Nafion基膜纤维化，使离子迁移具有方向性，缩短了阳离子的迁移路径，提高了基膜的质子电导率；