離子聚合物金屬復(fù)合材料制備及其結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、離子聚合物金屬復(fù)合材料(IPMC)由離子交換膜和涂鍍在離子基體膜兩側(cè)的金屬電極組成，是一種電活性材料，由其構(gòu)成的致動(dòng)器具有結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動(dòng)電壓低、相對變形量大、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。目前，IPMC所使用的基體膜材料多為全氟碳鏈離子聚合物，但全氟碳鏈基體膜在價(jià)格和厚度方面對IPMC的應(yīng)用有很大的限制。本文以此為背景，旨在對非氟碳鏈離子聚合物基IPMC的開發(fā)進(jìn)行探討和嘗試。 本論文利用聚乙烯-乙烯醇(EVOH)和1，3-磺酸丙內(nèi)酯的直接磺化反

2、應(yīng)合成出EVOH磺酸鉀離子聚合物(EVOH-g-SO3K)，用2，4-甲苯二異氰酸酯(TDI)對EVOH-g-SO3K進(jìn)行交聯(lián)改性，得到改性EVOH-g-SO3K(EVOH-g-TSO3K)；然后化學(xué)沉積金屬電極，制得EVOH-g-TSO3K基IPM℃ 首先，本論文研究了EVOH-g-SO3K和EVOH-g-TSO3K的制備工藝，對其化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，利用熱分析考察了EVOH-g-TSO3K基體膜中水分子的狀態(tài)及含量，同時(shí)利用

3、電子顯微鏡和原子力顯微鏡表征了EVOH-g-SO3K和EVOH-g-TSO3K的分子微結(jié)構(gòu)，最后對EVOH-g-TSO3K基體膜的各種性能進(jìn)行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，TDI對EVOH-g-SO3K進(jìn)行了有效的交聯(lián)改性，制備了EVOH-g-TSO3K基體膜；1，3-磺酸丙內(nèi)酯與EVOH中羥基的摩爾配比(rs)越高，EVOH-g-TSO3K的磺化度(ds)越大，ds隨rs變化范圍為13.43～50.2％；熱分析所得到的EVOH-g-TSO3K基體

4、膜中總體水分子質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.8％，與直接測試交聯(lián)膜的吸水率30.9％大體一致；EVOH-g-TSO3K基體膜中離子團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的直徑約為10～30nm。 另外，本論文研究了IPMC電極的制備工藝，用各種測試手段研究了IPMC的金屬電極結(jié)構(gòu)，從磺化度、不同反離子及負(fù)載電壓等方面研究了IPMC的電形變性能。研究表明，一次、二次、三次化學(xué)沉積IPMC表面電極厚度分別約為13.23gm、24.16gm、28.14gm，隨著化學(xué)沉積次數(shù)的增

5、多，金屬電極的致密性增大。X射線能譜儀對IPMC基體內(nèi)S元素含量分布研究表明，ds為27.62％、23.36％、19.42％的IPMC連續(xù)相S元素百分含量值分別為15.82％、7.89％、3.54％。負(fù)載電壓由1V增加到6V時(shí)，IPMC頂點(diǎn)最大位移由9.92mm增加到45.11mm，IPMC最大形變位移隨頻率增加而逐漸減小。對于不同反離子型IPMC，頂點(diǎn)位移大小順序?yàn)镮PMC-Li>IPMC-Na>IPMC-K>IPMC-H。