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采用磁控溅射制备IPMC致动器薄膜的方法技术

技术编号:40459471 阅读:9 留言:0更新日期:2024-02-22 23:15
本发明专利技术属于柔性致动器领域,具体涉及采用磁控溅射制备IPMC致动器薄膜的方法;将经过预处理的Nafion膜放入溅射仪的腔室中;在室温下进行偏压清洗,使腔室内处于惰性气体环境;清洗结束后开始预溅射,靶材使用导电金属电极;预溅射结束后,采用直流溅射在Nafion膜的表面形成金属电极层;溅射结束后将样品翻面,重复溅射步骤,最后得到IPMC致动器薄膜;本方法可以更快速的制备致动器件且原材料成本更低,柔性致动器致动性能得到提高,具有快速电响应性能,通过对质子交换膜(Nafion)表面做预处理,增强了金属电极的结合力度,提高了其力学性能和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及ipmc致动器制备,属于柔性致动器领域,具体涉及采用磁控溅射制备ipmc致动器薄膜的方法。


技术介绍

1、经过数十年的发展,柔性致动器在柔性机器人、人机交互等领域受到了广泛关注。但是受限于致动机理和材料性质,不同类型的电驱动柔性致动器依旧存在一些瓶颈问题:(1)目前致动器材料的组分选择和成型工艺较为单一,因此需要开展新型多功能复合材料以及微/宏观尺度下结构设计的研究。(2)柔性致动器易受环境影响,致动性能不稳定,因此需要优化其组分结构,提高力学性能,改善在不同环境下的稳定性。(3)现有的ipmc驱动器存在阻塞力和驱动范围低的问题,需优化解决。(4)在一些需要长时间形态固定的应用场景,能源消耗大,需要提高能量转化效率以减少能量损耗。

2、因此,需要通过对电驱动薄膜致动器材料进行结构设计和优化,来提高其致动性能。


技术实现思路

1、本专利技术针对上述现有技术存在的问题,提供采用磁控溅射方法制备ipmc致动器薄膜的方法;通过对电驱动薄膜致动器材料进行结构设计和优化,来提高其致动性能。采用磁控溅射技术制备具有快速电响应性能的离子聚合物-金属复合物,通过对质子交换膜(nafion)表面做预处理以增强金属电极的结合力度,提高其力学性能和使用寿命。

2、为了实现上述目的,本专利技术采用以下技术方案:

3、第一方面,本专利技术提供采用磁控溅射制备ipmc致动器薄膜的方法,所述方法如下:

4、步骤1,将nafion膜进行预处理;

<p>5、步骤2,将经过预处理的nafion膜放入溅射仪的腔室中;在室温下进行偏压清洗,使腔室内处于惰性气体环境;偏压清洗时,将偏压值设置为300-400v,清洗10min,清洗结束后开始预溅射,靶材使用导电金属电极;

6、步骤3,预溅射结束后,采用直流溅射在nafion膜的表面形成金属电极层;直流溅射电流为0.2-0.3a,偏压为40-60v,溅射时间为5-60min;

7、步骤4,溅射结束后将步骤3得到的样品翻面,重复步骤3,最后得到ipmc致动器薄膜。

8、进一步地,步骤1所述的将nafion膜进行预处理,具体步骤如下:

9、首先将nafion膜进行裁剪,然后将其沉浸在质量分数为4-6wt%的过氧化氢溶液中,升温至70-90℃煮0.5-1.5h,将过氧化氢快速催化分解,取出后浸泡在去离子水中15-45min;之后,再次浸渍在4-6wt%稀硫酸溶液中升温至70-90℃煮0.5-1.5h,并再次在去离子水中浸泡15-45min。

10、进一步地,所述靶材使用导电金属电极,导电金属电极包括银、铂、铝。

11、进一步地,所述靶材使用纯度为99.9%的银。

12、进一步地,步骤2中腔室内气压降低到5e-3pa的量级时,开始向腔室内部输送氩气;使腔室内处于惰性气体环境。

13、进一步地,步骤3中,直流溅射在nafion膜的表面形成100-1000mm厚的金属电极层。

14、第二方面,本专利技术提供所述的方法制备得到的ipmc致动器薄膜,所述ipmc致动器薄膜结构为导电金属电极层-聚合物膜-导电金属电极层,所述聚合物膜为nafion膜,导电金属电极层为银、铂或铝。

15、本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:采用磁控溅射技术制备,可以更快速的制备致动器件且原材料成本更低,柔性致动器致动性能得到提高,具有快速电响应性能,通过对质子交换膜(nafion)表面做预处理,增强了金属电极的结合力度,提高了其力学性能和使用寿命。对电驱动薄膜致动器材料的发展具有重要作用。

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【技术保护点】

1.采用磁控溅射制备IPMC致动器薄膜的方法,其特征在于,所述方法如下:

2.根据权利要求1所述的采用磁控溅射制备IPMC致动器薄膜的方法,其特征在于,步骤1所述的将Nafion膜进行预处理,具体步骤如下:

3.根据权利要求1所述的采用磁控溅射制备IPMC致动器薄膜的方法,其特征在于,所述靶材使用导电金属电极,导电金属电极包括银、铂、铝。

4.根据权利要求1所述的采用磁控溅射制备IPMC致动器薄膜的方法,其特征在于,所述靶材使用纯度为99.9%的银。

5.根据权利要求1所述的采用磁控溅射制备IPMC致动器薄膜的方法,其特征在于,步骤2中腔室内气压降低到5E-3Pa的量级时,开始向腔室内部输送氩气;使腔室内处于惰性气体环境。

6.根据权利要求1所述的采用磁控溅射制备IPMC致动器薄膜的方法,其特征在于,步骤3中,直流溅射在Nafion膜的表面形成100-1000mm厚的金属电极层。

7.利用权利要求1-6任一项所述的方法制备得到的IPMC致动器薄膜,其特征在于,所述IPMC致动器薄膜结构为导电金属电极层-聚合物膜-导电金属电极层,所述聚合物膜为Nafion膜,导电金属电极层为银、铂或铝。

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【技术特征摘要】

1.采用磁控溅射制备ipmc致动器薄膜的方法,其特征在于,所述方法如下:

2.根据权利要求1所述的采用磁控溅射制备ipmc致动器薄膜的方法,其特征在于,步骤1所述的将nafion膜进行预处理,具体步骤如下:

3.根据权利要求1所述的采用磁控溅射制备ipmc致动器薄膜的方法,其特征在于,所述靶材使用导电金属电极,导电金属电极包括银、铂、铝。

4.根据权利要求1所述的采用磁控溅射制备ipmc致动器薄膜的方法,其特征在于,所述靶材使用纯度为99.9%的银。

5.根据权利要求1所述的采用磁控...

【专利技术属性】
技术研发人员:马荣谦谢明星陈绍强宋卫东李佳慧谢燕楠
申请(专利权)人:南京邮电大学
类型:发明
国别省市:

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