[发明专利]一种IPMC致动器的制备方法

说明书

本发明的一种IPMC致动器的制备方法，属于功能材料技术领域，方法上采用化学镀铂再电镀铜的制备方法，电镀采用的焦磷酸铜电镀工艺；为防止铜电极在空气中易氧化，导致镀层脱落，采用丁基橡胶和聚二甲基硅氧烷对该Cu‑Pt型IPMC进行封装；封装后，制得IPMC致动器。该方法操作简单，制备的IPMC致动器具有稳定、可控、重复性好的致动性能，能满足实际应用要求，非水工作时间延长，置于空气中22天，仍具有稳定的输出响应，有较大的应用价值。

技术领域：

本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种IPMC致动器的制备方法。

背景技术：

IPMC(ionic polymer-metal composites)，全称离子聚合物金属复合材料，是一种离子型的EAP(Electro Active Polymer)材料，它具有致动性能好、无噪音、密度低、驱动电压低、韧性好等优点。IPMC是由基底膜和两侧的金属镀层构成的一种“三明治”材料，由于施加电信号能使其弯曲，致动机理与肌肉相似，因此又被称为“人工肌肉”。与普通的驱动器相比，用IPMC制成的致动器无需轴承、齿轮等传动机构，提高能量转换率，使许多科学幻想有望变成现实。

传统的IPMC主要用Pt、Au等贵金属经多次化学镀而制成，这种制备方法不仅成本高、生产周期长，而且在非水环境下工作时，膜内的水易被电解，使其致动性能不稳定。近年来Pt-Ni复合电极等类型的IPMC被广泛研究，虽然复合电极的IPMC有较好的致动性能且节约生产成本，但电极在空气中易氧化，极大限制该类型的广泛应用。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种IPMC致动器的制备方法，具体为Pt-Cu型IPMC致动器，针对其在空气中易氧化、膜内的水易被电解的问题，采用丁基橡胶和聚二甲基硅氧烷进行封装，最后，使Cu镀层维持22天以上，输出响应稳定，非水工作时间也得到延长。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种IPMC致动器的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，化学镀铂：

(1)将Nafion117膜依次经打磨、清洗与煮沸后，形成预处理后基膜；

(2)将预处理后基膜浸泡在二氯四氨合铂Pt(NH₃)₄]Cl₂溶液中，进行离子吸附，形成浸泡基膜，其中，所述的浸泡时间为20～28h；

(3)采用去离子水清洗浸泡基膜后，将其放入烧杯中，加入去离子水，将烧杯至于调温水域中，向烧杯中分批次加入硼氢化钠(NaBH₄)溶液，每次加入硼氢化钠(NaBH₄)溶液后，均不断搅拌溶液至无气泡产生且烧杯内溶液不再变黑后，再加入下批次的硼氢化钠溶液，直至硼氢化钠溶液全部加入后，溶液不再变黑，形成镀铂基膜，取出镀铂基膜，采用去离子冲洗后，置于去离子水中保存待用；

步骤2，电镀铜：

(1)将镀铂基膜干燥后，置于1～2mol/L的硫酸铜溶液中浸泡10～15h；

所述的步骤2(1)中，镀铂基膜干燥方式为真空干燥，干燥时间为4～5h。

(2)电镀液配制：

取去离子水，向去离子水中加入焦硫酸钾和焦硫酸铜，搅拌形成均匀溶液后，调节均匀溶液PH值为6.6～6.8，形成电镀液，所述的电镀液中焦硫酸铜浓度为55～65g/L，焦磷酸钾浓度为295～305g/L；

(3)电镀铜：

将浸泡后镀铂基膜裁剪后固定，采用电镀液进行镀铜处理，形成镀铜后基膜，进行封装，制得IPMC致动器，其中，所述的电镀时间为90～150s，电镀温度为40～45℃。