[发明专利]一种单片螺旋形离子聚合物金属复合材料线性驱动单元及其制备方法

说明书

本发明涉及一种单片螺旋形离子聚合物金属复合材料线性驱动单元及其制备方法，包括nafion117离子聚合物膜，Ag纳米粒子和金薄膜电极；所述Ag纳米粒子嵌于nafion117离子聚合物膜两侧的表面；所述金薄膜电极以对称位于nafion117离子聚合物膜两侧的Ag纳米粒子上方，所述金薄膜电极为连续的若干Z字形。本发明制备的离子聚合物金属复合材料，在电驱动下可以螺旋形弯曲，并沿着螺旋轴方向线性运动，为组合叠加的多方向的驱动器提供了单元基础；本发明的单片螺旋形离子聚合物金属复合材料线性驱动单元结构简单，可重复性高，力输出性能稳定，在柔性电致动智能材料、水下智能开关和低电压驱动等领域具有很大的应用前景。

技术领域

本发明属于柔性电致动智能材料领域，具体涉及一种单片螺旋形离子聚合物金属复合材料(IPMC)线性驱动单元及其制备方法。

技术背景

Nafion是一种全氟磺酸离子聚合物膜，它由一个类似于聚四氟乙烯的骨架、短侧链以及磺酸基团终端，包含H⁺，Li⁺，Na⁺，K⁺，疏水氟碳化合物和亲水离子相组成。Nafion具有易生产、重量轻、弹性大、弯曲形变大、抗弯响应速度快、柔软、低电压驱动等优异性能，在离子型电致动智能材料领域有重要的应用前景。CN104696174A公开了一种双片离子聚合物金属复合材料线性驱动单元，双片IPMC虽然可以提供线性驱动，但其弯曲所需的空间大，不利于狭小空间下使用，限制了其应用范围。而单片IPMC的运动形式单一。

在IPMC的制备方法中，化学镀(铂或金)是制造基于Nafion膜的IPMC的最佳工艺，但是该方法获得的金属电极致密度不够，导电性不佳，而且在液体环境中化学镀无法控制IPMC电极的形状，限制了IPMC多样化电极的设计。

如何改善IPMC力输出形式的多样性，进一步拓展IPMC应用，是亟待研究解决的一项问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种性能稳定，可以同时进行旋转和线性驱动的单片螺旋形离子聚合物金属复合材料线性驱动单元，改善了IPMC的运动形式，拓展了IPMC的应用。

本发明的技术方案为：一种单片螺旋形离子聚合物金属复合材料线性驱动单元，其特征在于，包括nafion117离子聚合物膜，Ag纳米粒子和金薄膜电极；所述Ag纳米粒子嵌于nafion117离子聚合物膜两侧的表面；所述金薄膜电极对称位于nafion117离子聚合物膜两侧的Ag纳米粒子上方，所述金薄膜电极为连续的若干Z字形。

作为优选，所述Ag纳米粒子的直径为100-200nm，所述金薄膜电极的厚度为500-1000nm；所述连续的若干Z字形的金薄膜电极相邻两条金薄膜之间构成的夹角为60-120°。

具体地，所述nafion117离子聚合物膜的尺寸为0.5cm×5cm，所述金薄膜电极的宽度为0.2-0.5cm。

进一步地，所述单片螺旋形离子聚合物金属复合材料的线性拉伸距离为1-3cm，其拉伸距离的长短与Z字形的金薄膜电极相邻两条金薄膜边之间的夹角有关。

本发明还包括一种单片螺旋形离子聚合物金属复合材料线性驱动单元的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，打磨nafion117离子聚合物膜，用金相砂纸均匀按一个方向打磨；

步骤二，将步骤一所得打磨后的nafion117离子聚合物膜用去离子水超声洗涤10-20min；再置于2mol/L的HCL溶液中，并在150-200℃温度下保持一段时间；然后取出该离子聚合物膜，分别用去离子水清洗、双氧水煮沸、去离子水清洗和去离子水煮沸0.5h；