[发明专利]基于羧基化细菌纤维素的离子型电活性驱动器的制备方法

说明书

本发明属于智能型材料领域。目的是提供一种成本低廉、性能优异、可靠性好的基于羧基化细菌纤维素的离子型电活性驱动器的制备方法。技术方案是：基于羧基化细菌纤维素的离子型电活性驱动器的制备方法，包括以下步骤：1)制备细菌纤维素分散液；2)制备细菌纤维素‑聚吡咯分散液；3)制备细菌纤维素‑聚吡咯‑离子液体复合膜；4)覆上电极层，制备细菌纤维素基离子型驱动器。

技术领域

本发明属于智能型材料领域，涉及电活性离子聚合物材料，具体地说涉及一种基于羧基化细菌纤维素的离子型电活性驱动器的制备方法

背景技术

电活性聚合物是是一类新型智能高分子材料，能够在外加电场作用下改变内部结构，产生伸缩、弯曲、束紧或膨胀等多种形式力学响应，具有极强的电学及机械性能，可同时实现驱动、传感等多种功能。根据致动机理的不同，可以分为电子型和离子型两类。其中，离子型电活性聚合物中的典型材料——离子聚合物金属复合材料(IPMC)应用非常广泛。

IPMC一般是在离子交换膜的表面沉积铂、金等贵金属而获得的复合材料，目前离子交换膜主要是美国杜邦公司的产品Nafion全氟磺酸质子交换膜。IPMC的致动原理是，在施加电压下，离子交换膜中的水和阳离子向负极移动，而阴离子向正极移动。由于阳离子比阴离子体积大，导致负极膨胀，正极收缩，宏观上IPMC向正极发生偏转。

但是IPMC中的Nafion离子交换膜价格高昂，产量小；而且在空气中工作会很快失去大量水分，导致驱动性能变差。沉积在其上的贵金属如金、铂等更提高了IPMC的成本，金属电极附着性也比较差，在工作一段时间后就会发生断裂。由于上述缺点，IPMC驱动器的偏转位移小，输出力低，响应速度差。

细菌纤维素是一种特殊的绿色纤维素，其广泛存在于自然界中、含量丰富。细菌纤维素基电致驱动材料具有致密的网状结构，强大的力学性能，良好的生物相容性和可降解性。利用TEMPO法对其氧化后，产生羧基基团，由于离子之间的静电排斥作用和氢键作用，羧基化的细菌纤维素能够很好地分散于水中，对成膜的机械特性和结晶度具有重要的意义。

关于羧基化细菌纤维素基的离子型驱动材料的研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种成本低廉、性能优异、可靠性好的基于羧基化细菌纤维素的离子型电活性驱动器的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

基于羧基化细菌纤维素的离子型电活性驱动器的制备方法，包括以下步骤：

1)制备细菌纤维素分散液

向细菌纤维素中加入适量的去离子水搅拌均匀，配制细菌纤维素悬浮液。利用TEMPO氧化法对细菌纤维素进行氧化处理，过滤、振荡后得到分散均匀的细菌纤维素分散液；

2)制备细菌纤维素-聚吡咯分散液

利用化学氧化聚合法将聚吡咯(PPy)添加到前述细菌纤维素分散液中；

3)制备细菌纤维素-聚吡咯-离子液体复合膜:

向步骤2中的分散液中添加离子液体，充分搅拌并进行真空抽气泡，倒入模具干燥后获得细菌纤维素-聚吡咯-离子液体复合膜；

4)覆上电极层，制备细菌纤维素基离子型驱动器

将高导电物质PEDOT:PSS(PEDOT是EDOT(3，4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐)涂抹到制备的细菌纤维素-PPy-离子液体复合膜上，干燥后得到细菌纤维素基离子型驱动器(CBC-PPy-IL)；PEDOT与PSS的比例为5:7-9。

进一步地，步骤1)中，细菌纤维素悬浮液中的细菌纤维素重量含量为1％～3％。