一种IPMC 驱动器的封装工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种离子聚合物-金属复合(IPMC)材料驱动器的封装工艺方法。其特征在于：以聚四氟乙烯(PTFE)膜为封装材料，用聚二甲基硅氧烷(PDMS)将IPMC与PEFE膜二者粘合。工艺流程包含四个部分：(1)用导电膜材料制作引出电极，与IPMC驱动器粘接；(2)将PDMS胶状物涂覆于PTFE膜表面，制作用于封装IPMC驱动器的上下封装膜片；(3)将具有引出电极的IPMC驱动器夹持于上下封装膜片之间，将封装后整体加压条件下烘干固化；(4)材料封装后处理。本发明专利技术的工艺简单，成本低，实验证明封装后的IPMC驱动器性能稳定，在空气中能够长期使用，具有较大的推广价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种离子聚合物-金属复合材料(IPMC)驱动器的封装工艺，具体涉及用聚二甲基硅氧烷(PDMS)将IPMC驱动器与聚四氟乙烯(PTFE)膜二者粘合整体密封的工艺。
技术介绍
离子聚合物-金属复合材料(IPMC)是一种离子型电致动聚合物，具有质量轻、柔韧性好、反应迅速和传感-致动的双向可逆功能，可用于制作驱动器等机电换能器件以取代传统的压电陶瓷，是近二十年来崛起且具有极大应用潜力的新型智能材料。当IPMC作为驱动器使用时，存在两个明显的缺陷一方面，IPMC驱动器在直流电压作用下，通常向阳极迅速弯曲，然后缓慢向阴极松弛变形(专利ZL200810150783.6)。 经过研究，适当减少IPMC驱动器内部的含水量，能够减少松弛变形，甚至能完全消除松弛效应。另一方面，IPMC驱动器本身含有一定水分，不能长时间在空气中工作，否则因缓慢失水而使得性能逐渐衰减。为了使IPMC驱动器能够在空气中稳定工作，采用不同种类的材料对IPMC驱动器进行封装是一种有效的方法，如采用Dow corning 3-41 介电凝月交(J· Barramba, et. al. Evaluation of dielectric gel coating for encapsulation of ionic polymer-metal composite (IPMC) actuators. Sensors and Actuators A 140 (2007)232-238.), Parylene 膜(S. J. Kim, et.al. Performance improvement of an ionic polymer-metal composite actuator by parylene thin film coating. Smart Materials Structures. 15 Q006) 1540-1M6.)，密封油(马春秀，等。Nafion/金属的制备及电形变性能研究。宇航材料工艺，2007 (4) :34)。然而，介电凝胶和密封油制作的密封层容易受损，而Parylene膜与IPMC驱动器结合力较差，另外，这些工艺没有考虑减少IPMC驱动器的松弛特性。
技术实现思路
针对IPMC驱动器的封装要求⑴封装膜完全与IPMC驱动器结合紧密，自身不容易受损；(ii)封装膜尽可能薄，不影响IPMC驱动器使用性能，(iii) IPMC驱动器整体密封， 密封前需引出电极；结合
技术介绍
所存在的问题，本专利技术的目的是提供一种以聚四氟乙烯 (PTFE)膜为封装材料，用聚二甲基硅氧烷(PDMS)将IPMC驱动器与PTFE膜二者粘合的封装工艺，不仅能够有效的减少甚至消除材料的松弛效应，同时能够使得IPMC驱动器内部水含量稳定，在空气中稳定工作。为达到以上目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的一种IPMC驱动器的封装工艺，其特征在于，包括下述步骤(1)制作IPMC驱动器及连接引出电极在IPMC芯层上表面联接上表面电极，下表面联接下表面电极，组成IPMC驱动器； 制作两个初始引出电极，其中一个与IPMC驱动器一端上表面电极的边缘粘接，另一个与IPMC驱动器该端下表面电极的边缘粘接，然后将粘有初始引出电极的IPMC驱动器整体放入去离子水中浸泡充分吸水；(2)制作封装膜片及粘接胶配制聚二甲基硅氧烷胶，然后取两块聚四氟乙烯膜用作上、下基膜，平铺后将聚二甲基硅氧烷胶均勻涂布在上、下基膜内层，涂胶面积覆盖要封装的IPMC驱动器的上、下表面电极；C3)封装固化处理将带有初始引出电极的IPMC驱动器从去离子水中取出，其外表面吸除明水后，涂布聚二甲基硅氧烷胶，然后放置在下基膜上，使IPMC驱动器下电极表面与下基膜内层粘合；将上基膜盖在IPMC驱动器上电极表面，使IPMC驱动器上电极表面与上基膜内层粘合， 形成带有初始引出电极的IPMC驱动器与聚四氟乙烯膜的封装结构，该结构整体置于室温固化或加热固化；(4)封装后处理取出固化后的封装结构，除去边缘多余的聚四氟乙烯膜，封装后在IPMC驱动器外表面形成四氟乙烯膜和聚二甲基硅氧烷胶构成的封装膜层，初始引出电极被部分封装。上述工艺中，步骤⑴所述两个初始引出电极用导线、导电膜或者导电箔片裁减成10mmX5mm的片状。步骤(4)所述封装后处理，还包括根据使用需要，将初始引出电极进行翻折处理。步骤(4)所述加热固化是将该封装结构置于烘箱中，于50 80°C加热1 2 小时。本专利技术以PTFE膜和PDMS胶为主要封装材料，PDMS胶经过固化，能够较好的保证 IPMC驱动器封装的密封性；以PTFE膜作为基膜，克服了在封装层尽可能薄的前提下单纯以 PDMS作为封装材料时容易损坏的缺点，使得整个封装结构薄而结实。另外，IPMC驱动器封装之前，需用用滤纸吸除表面的明水，一定含水量条件下(含水量约8 12%)对IPMC驱动器封装之后，不仅封装膜和IPMC驱动器结合紧密，而且能够减少甚至消除IPMC驱动器的松弛效应。附图说明图1为封装前IPMC驱动器与初始引出电极的结构图。图2为封装后IPMC驱动器整体结构图。图1、图2中1为初始引出电极，2为IPMC芯层，3为驱动器电极(上、下表面)，4 为封装后翻折的引出电极，5为封装膜层(包括PTFE膜和固化后的PDMS)。图3为封装后IPMC驱动器的在2V直流电压作用下弯曲变形响应图(3次)。图4为封装后IPMC驱动器的在2V扫频交流电压作用下弯曲变形响应图 (0. I-IHz)图5为封装后IPMC驱动器长时间置于空气中变形位移图。 具体实施例方式下面以条形IPMC驱动器(40mmX 5mm)为例，对本专利技术作进一步详细说明。一种IPMC驱动器的封装工艺，包括下述步骤4(1)制作IPMC驱动器及连接引出电极在IPMC芯层2上、下表面分别联接上、下表面电极3，组成IPMC驱动器；制作两个初始引出电极1，其中一个与IPMC驱动器一端上表面电极的边缘粘接，另一个与IPMC驱动器该端下表面电极的边缘粘接(图1)，然后将粘有初始引出电极1的IPMC驱动器整体放入去离子水中浸泡充分吸水；初始引出电极1用导电铜箔片切割制成10mmX5mm电极片，也可用导线、导电膜裁减成相同大小的形状和尺寸。(2)制作封装膜片及粘接胶首先配制PDMS胶，以Dow Corning公司的Sylgard 184为例，按体积比10 1取 A、B两组分混合，并搅拌均勻配制成可固化的PDMS胶。取两片IOOmmX 20mm的PTFE膜用作上、下基膜，然后将PDMS胶均勻涂布在上、下基膜内层，涂胶面积比IPMC驱动器的上、下表面电极3要适当大一些，使其能够完全覆盖要封装的IPMC驱动器。(3)封装固化处理从去离子水中取出带有初始引出电极1的IPMC驱动器，用滤纸吸除外表面明水后涂布PDMS胶，将其放置在下基膜上，使IPMC驱动器下电极表面与下基膜内层粘合；然后将上基膜盖在IPMC驱动器上电极表面，并均勻施压，使IPMC驱动器上电极表面与上基膜内层粘合，PDMS胶在PTFE膜和IPMC驱动器电极之间分布均勻，多余的PDMS胶向四周溢出，形成带有初始引出电极的IPMC驱动器与PTFE膜的封装结构。将该封装结构置于室温自然固化。也可加热固化，即置本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＩＰＭＣ驱动器的封装工艺，其特征在于，包括下述步骤：（１）制作ＩＰＭＣ驱动器及连接引出电极在ＩＰＭＣ芯层上表面联接上表面电极，下表面联接下表面电极，组成ＩＰＭＣ驱动器；制作两个初始引出电极，其中一个与ＩＰＭＣ驱动器一端上表面电极的边缘粘接，另一个与ＩＰＭＣ驱动器该端下表面电极的边缘粘接，然后将粘有初始引出电极的ＩＰＭＣ驱动器整体放入去离子水中浸泡充分吸水；（２）制作封装膜片及粘接胶配制聚二甲基硅氧烷胶，然后取两块聚四氟乙烯膜用作上、下基膜，平铺后将聚二甲基硅氧烷胶均匀涂布在上、下基膜内层，涂胶面积覆盖要封装的ＩＰＭＣ驱动器的上、下表面电极；（３）封装固化处理将带有初始引出电极的ＩＰＭＣ驱动器从去离子水中取出，其外表面吸除明水后，涂布聚二甲基硅氧烷胶，然后放置在下基膜上，使ＩＰＭＣ驱动器下电极表面与下基膜内层粘合；将上基膜盖在ＩＰＭＣ驱动器上电极表面，使ＩＰＭＣ驱动器上电极表面与上基膜内层粘合，形成带有初始引出电极的ＩＰＭＣ驱动器与聚四氟乙烯膜的封装结构，该结构整体置于室温固化或加热固化；（４）封装后处理取出固化后的封装结构，除去边缘多余的聚四氟乙烯膜，封装后在ＩＰＭＣ驱动器外表面形成四氟乙烯膜和聚二甲基硅氧烷胶构成的封装膜层，初始引出电极被部分封装。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈花玲，朱子才，王永泉，罗斌，常龙飞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87