[发明专利]一种铜电极离子聚合物—金属复合材料人工肌肉的制备方法

说明书

一种铜电极离子聚合物—金属复合材料人工肌肉的制备方法，将预处理后的Nafion膜放入硝酸银溶液中浸渍12h，清洗，得到全氟磺酸膜；将全氟磺酸膜放入镀铜液中在35～40℃下，反应38～40min，得到铜型离子聚合物—金属复合材料；将铜型离子聚合物—金属复合材料置于氯化锂溶液中浸泡后，得到铜电极离子聚合物—金属复合材料人工肌肉。这种人工肌肉在外加点乘下可以产生弯曲和形变，相比于将已有的银、铂、金和钯等贵金属作为电极，使用铜作为电极能很大程度上降低其制作成本并且提高力输出，以便于使该材料的应用更加广泛。

技术领域

本发明涉及新型人工肌肉驱动器技术领域，具体涉及一种铜电极离子聚合物—金属复合材料人工肌肉的制备方法。

背景技术

随着智能化的迅速崛起，人们对软体机器人领域的探索愈加火热。驱动软体机器人最重要的就是探索新型的驱动材料，该种材料即为人工肌肉材料。常见的人工肌肉分为磁驱动、气动和电驱动等。由于气动人工肌肉在工作时负载庞大，因此难于微型化；磁驱动材料受制于磁场的范围，相比之下，电驱动材环保、响应性好、又易于微型化。在这些被驱动的材料中离子型聚合物在较低电压下可以产生较大的位移，因而备受青睐。

离子聚合物薄膜与表面的金属电极(一般都采用铂、金、银等)复合后称为离子聚合物—金属复合材料。其基膜内部分子具有固定的阴离子带电网链，可移动的阳离子能够通过网链迁移或扩散。当在材料两面施加电场后，片内部可移动的水合阳离子在静电力的驱动下会发生从阳极到阴极的迁移。与此同时，与阳离子结合在一起的水分子会向阴极聚集，使得膜片靠阴极的一面发生膨胀，靠阳极的一面收缩，从而在宏观上产生向阳极方向的弯曲变形。由于离子聚合物—金属复合材料驱动电压低、相应性好、质轻和位移大等特点，其在微型驱动器、航天、医疗及人工肌肉领域有着广阔的前景。

但是由于传统的离子聚合物—金属复合材料都是以铂、金、钯之类的贵金属作为电极，其价格十分昂贵，因此在很大程度上限制了该材料的广泛应用。

发明内容

本发明针对现有技术中的问题，目的在于提供一种铜电极离子聚合物—金属复合材料人工肌肉的制备方法，该方法制备的材料成本更低，力输出更大，更有利于扩宽这种材料的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种铜电极离子聚合物—金属复合材料人工肌肉的制备方法，包括以下步骤：

(1)离子吸附

将预处理后的Nafion膜放入硝酸银溶液中浸渍8～12h，清洗，得到全氟磺酸膜；

(2)化学镀铜

将全氟磺酸膜放入镀铜液中在35～40℃下，反应38～40min，得到铜型离子聚合物—金属复合材料；

(3)离子交换

将铜型离子聚合物—金属复合材料置于氯化锂溶液中浸泡后，得到铜电极离子聚合物—金属复合材料人工肌肉。

本发明进一步的改进在在于，步骤(1)中，Nafion膜预处理的具体过程如下：

1)粗化：将Nafion膜裁成片状并用依次用800和1000目砂纸进行打磨，打磨至两面完全不透明；

2)清洗：超声波清洗；

3)稀盐酸处理：将Nafion膜在1.5mol/L的盐酸溶液中煮20～25min，然后在去离子水中漂洗；

4)去离子水处理：将Nafion膜在去离子水中煮15～25min，然后采用去离子水清洗。

本发明进一步的改进在在于，步骤(2)中，镀铜液的配制过程如下：