IPMC材料的制备方法、其中间体的制备方法、IPMC材料技术

本发明专利技术公开一种IPMC材料的制备方法，包括以下步骤：基体膜糙化处理发生在基体膜进行第一次离子交换处理之后以及基体膜进行第一次还原处理之前。本发明专利技术还公开了一种IPMC材料的中间体制备方法、一种采上述的IPMC材料的制备方法制备的IPMC材料。本发明专利技术具有实现增强电极与基体膜之间的附着力，增加渗入电极的深度以及改善渗入电极的形貌，从而进一步提高IPMC材料的电化学性能和机电性能的优点。

【技术实现步骤摘要】
IPMC材料的制备方法、其中间体的制备方法、IPMC材料
本专利技术涉及柔性智能离子聚合物-金属复合材料
，尤其涉及IPMC材料的制备方法、其中间体的制备方法、IPMC材料。
技术介绍
IPMC材料是指离子聚合物-金属复合材料(IonicPolymer-MetalComposites，IPMC)，是一种典型的离子型电致动聚合物(IonicElectroActivePolymer,iEAP)。由于IPMC材料具有质量轻、变形大、响应迅速、柔韧性好、环保等独特优势，在生物医学、航天航空、军事探测、仿生机械等众多领域有着广泛的应用前景。现有技术的IPMC材料是通过在离子聚合物基体膜的上下表面沉积并渗透一层电极(如铂、金、钯和银等)而形成的夹层结构复合材料。如专利申请201711344832.5公开的一种离子聚合物/金属枝树状界面的制备工艺，包括以下技术步骤：(1)基体膜预处理(基体膜糙化、表面清洗、去除杂质离子和溶胀)；(2)浸泡还原镀(离子交换和离子还原)；(3)化学镀或电镀(通过氧化还原过程增加表面电极厚度)；(4)后处理。又如专利申请201210452704.3公开的一种IPMC驱动器的选择性镀工艺，通过将基底材料进行预处理后，(具体地预处理方式是以离子交换膜作为基底材料，将该离子交换膜进行糙化后置于60℃的环境下超声清洗，去除表面颗粒，然后分别酸洗和去离子水煮洗选择施镀区)并在施镀区中进行离子还原、离子还原以及电镀等工艺。由上述的现有技术可知，目前IPMC材料其糙化均发生在基底材料的预处理阶段。具体如专利申请201310385815.1公开的一种IPMC材料基体膜的糙化工艺，通过对基体膜进行糙化来增加电极层和基体膜之间的粘结强度。而IPMC材料在实际加工过程中，具体在基体材料进行离子交换过程中，基体材料会发生较大比例的收缩，影响其前期的预处理作用，导致基底材料前期糙化的作用得不到有效发挥，从而致使电极与基体膜之间的界面作用降低，相互之前达不到很好的附着效果，进而影响成品IPMC材料的电化学性能和机电性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于如何去增强电极与基体膜之间的附着力，增加渗入电极的深度以及改善渗入电极的形貌。本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种IPMC材料的制备方法，包括以下步骤：基体膜糙化处理发生在基体膜进行第一次离子交换处理之后以及基体膜进行第一次还原处理之前。优选地，在所述基体膜进行第一次还原处理之后，再先后进行离子交换处理、还原处理，每一次离子交换处理、还原处理为一个周期，该周期持续多次。由于基体膜在第一次离子交换时，基膜的界面及表面还没有电极的存在，此时基膜的收缩比例达到最大，选择在此时糙化即选择在基膜收缩至最小面积时糙化，后续进行离子还原时，基膜会发生溶胀，将糙化时形成的孔、槽拉大，糙化效果会加强。再进行第二次、第三次或其后的离子交换过程中，电极均已附着于基膜界面及表面，基膜收缩程度减小，不需要再补充糙化。再者，在第二次、第三次或其后离子交换后再进行糙化，会对前一次还原进行的电极造成很大的破坏。优选地，所述周期为2～5次。优选地，所述基体膜糙化处理包括喷砂处理、砂纸打磨、微针糙化、等离子体刻蚀的一种。优选地，所述微针糙化的糙化装置包括微针滚轮或微针板。优选地，所述离子交换处理采用的还原镀液包括含有Pd2+、Ag+、Au+、Pt+、Ni+、Cu2+的络合盐溶液至少一种。优选地，所述还原处理采用的还原剂为NaBH4。本专利技术还公开一种IPMC材料的中间体制备方法，包括以下步骤：步骤一、将预处理后的基体膜进行第一次离子交换处理；步骤二、将步骤一得到的基体膜进行糙化处理后，冲洗；步骤三、将步骤二处理后的基体膜进行第一次还原处理；步骤四，对步骤三处理后的基体膜先后再次进行离子交换处理、还原处理，每一次离子交换处理、还原处理为一个周期，该周期持续多次。本专利技术还公开一种采用如上述的IPMC材料的制备方法制备的IPMC材料。本专利技术的优点在于：本专利技术的技术核心在于首次提出将基体膜糙化这一关键步骤置于第一次离子交换步骤之后，从而有效避免了基体膜材料在首次离子交换过程中，因基体材料发生较大比例的收缩，造成基体膜材料表面形变以及糙化后形成的表面孔、槽的挤压收缩，从而导致电极与基体膜界面作用减弱的不足。本专利技术可以增强电极与基体膜之间的附着力，增加渗入电极的深度以及改善渗入电极的形貌，从而进一步提高IPMC材料的电化学性能和机电性能。实验结果表明：采用本专利技术的方法制备出的IPMC材料其电化学性能和机电性能都得到了明显的提升，其中，相对传统制备工艺获得的IPMC，电容可提高5倍，电致动变形可提高4倍。此外，通过这种调整后的工艺步骤，成功制备出的针状电极型IPMC致动器，在低、高频(0.1-20HZ)电压下，均表现出良好的机电性能，相比传统工艺，显著提升了材料的高频特性。附图说明图1为本专利技术IPMC材料其制备工艺流程示意图。图2为本专利技术实施例1试样、对比例1试样的伏安特性曲线图。图3为本专利技术实施例2试样、对比例2试样的伏安特性曲线图。图4为本专利技术实施例3试样、对比例3试样的伏安特性曲线图。图5为本专利技术实施例4试样、对比例4试样的伏安特性曲线图。图6为本专利技术实施例1试样、对比例1试样在2V、方波、0.1Hz的末端位移响应曲线图。图7为本专利技术实施例2试样、对比例2试样在2V、方波、0.1Hz的末端位移响应曲线图。图8为本专利技术实施例3试样、对比例3试样在2V、方波、0.1Hz的末端位移响应曲线图。图9为本专利技术实施例4试样、对比例4试样在2V、方波、0.1Hz的末端位移响应曲线图。图10为本专利技术实施例3试样、对比例3试样的扫描电镜图。图11为本专利技术实施例4试样、对比例4试样在2V、方波、0.1Hz-18Hz频段下的末端位移响应曲线图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本专利技术的实施例特以Pd-Au-IPMC材料为对象进行其制备工艺的介绍，其他IPMC材料采用本专利技术的制备工艺也应该在本专利技术的保护范围内。本专利技术的实施例特以Dupont公司生产的Nafion-117膜为基体膜，其他现有技术的基体膜如AsahiGlass公司的Flemion膜、AsahiChemical公司的Aciplex膜或SolvaySolexis公司的Aquivion膜等也应该在本专利技术的保护范围内。实施例1如图1所示，本实施例公开一种Pd-Au-IPMC材料的制备工艺，具体包括以下步骤：(1)基体膜预处理：将基体膜裁剪成45mm×45mm，在60℃的DI水(即去离子水)中进行超声波清洗30mim，然后将超声波清洗后的基膜先后在100℃，2mol/L的HCl溶液、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IPMC材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：基体膜糙化处理发生在基体膜进行第一次离子交换处理之后以及基体膜进行第一次还原处理之前。

【技术特征摘要】
1.一种IPMC材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：基体膜糙化处理发生在基体膜进行第一次离子交换处理之后以及基体膜进行第一次还原处理之前。2.根据权利要求1所述的IPMC材料的制备方法，其特征在于，在所述基体膜进行第一次还原处理之后，再先后进行离子交换处理、还原处理，每一次离子交换处理、还原处理为一个周期。3.根据权利要求2所述的IPMC材料的制备方法，其特征在于，所述周期为2～5次。4.根据权利要求1所述的IPMC材料的制备方法，其特征在于，所述基体膜糙化处理包括喷砂处理、砂纸打磨、微针糙化、等离子体刻蚀的一种。5.根据权利要求4所述的IPMC材料的制备方法，其特征在于，所述微针糙化的糙化装置包括微针滚轮或微针板。6.根据权利要求1所述的IPMC材料的制备方法，其特征在于，所述离子交换...

【专利技术属性】
技术研发人员：常龙飞，杨倩，牛清正，李超群，吴玉程，何青松，胡颖，吕品，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34