[发明专利]一种金属/聚合物电致动器的疲劳修复方法与应用

说明书

本发明公开了一种金属/聚合物电致动器的疲劳修复方法与应用，利用电镀的工艺在致动性能较差的金属/聚合物电致动器表面生成一层聚噻吩，采用恒流模式和脉冲式恒流模式进行电镀，使用电化学工作站中的恒流模式设置200s‑600s，脉冲式恒流电沉积15s，停5s为一个周期，循环10‑50个周期；先采用恒流方式增大导电性，然后采用脉冲电镀的方式可以让电极与电镀液在电镀的过程中接触更加充分，可以极大的增强镀层与电极层的结合，通过与电极深层的嵌入使得PEDOT能够将IPMC表面电极存在的缺陷进行很好的填充，使IPMC吸取更多的水，有利于维持IPMC长时间的正常稳定驱动，从而达到良好的修复效果。

技术领域

本发明属于复合材料技术和仿生机械交叉研究领域，涉及金属/聚合物电致动器的疲劳修复方法，以及在仿生机械领域的应用。

背景技术

金属/聚合物复合材料电致动器由金属-离子交换聚合物复合材料组成，又称IPMC。通常为三层结构，外层为金属电极，如：Pt，Au，Ag；中间层为离子交换聚合物，如：全氟磺酸，全氟碳酸。作为一种新兴智能驱动材料，离子交换聚合物-金属复合材料（IPMC）具有与天然肌肉媲美的轻质量、高柔韧、高转化效率、低能量消耗等致动性能，被赋予了“人工肌肉”的美誉，是近二十年来崛起且具有极大应用潜力的新型智能材料。

电场下IPMC 产生形变，将电能转化为机械能，由此可作为电致动器；反之，IPMC发生形变，引发其表面电荷的不平衡分布，导致表面电场发生变化，以此可作为位移/谐振传感器。当IPMC作为驱动器使用时，由于其本质的结构，存在三方面的缺陷：

1、常规金属/聚合物电致动器的电极由贵重的惰性金属构成。金属电极表面的金属在长时间的工作下容易脱落，进而导致电场不均匀，IPMC致动不对称，或者发生扭曲。严重剥落情况下，IPMC停止工作。

2、常规金属/聚合物电致动器的金属纳米颗粒之间存在间隙，造成面电阻过大，降低了电致动器的电机转化效率。

3、金属纳米颗粒之间间隙的存在，使得聚合物内部的电解质（水）损失，进而降低了离子的电导率。失水严重时，IPMC停止工作。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种金属/聚合物电致动器的疲劳修复方法，将PEDOT电极填补在金属纳米块电极的缺陷处，利用本发明的修复方法修复得到的电致动器相对于修复前，致动性能和稳定性能明显提高。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于金属/离子材料电致动器（IPMC）的性能改良工艺是在IPMC的金属电极基础上，利用电镀的工艺在致动性能较差的IPMC表面生成一层PEDOT。在微观结构上，PEDOT填充在原本有缝隙的金属电极表面。

所述疲劳修复方法是在金属/聚合物电致动器的聚合物表面镀覆聚噻吩（PEDOT）电极，PEDOT电极填补在金属/聚合物电致动器的金属纳米块电极的缺陷处。

本发明利用电镀的工艺在致动性能较差的IPMC表面生成一层PEDOT，采用恒流模式和脉冲式恒流模式进行电镀，具体步骤如下：

（1）挑选出致动性能较差的IPMC：使用信号合成低频功率信号发生器装置，在2V,0.5Hz的电压下，对制备的电致动器进行弯曲变形响应，形变较大的电致动器直接进行应用，将剩下的较小变形量的IPMC进行电镀；

（2） 配置电镀液：采用EDOT的去离子水溶液作为电镀液；

（3）确定电镀条件：需要修复的IPMC因其电极形态和缺陷存在的问题不同，因此使用电化学工作站中的循环伏安法对每个IPMC进行循环伏安扫描，从中得到的最适合的电镀电流值范围，从而确定最佳电镀条件；