本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種IPMC人工肌肉的制備方法。
背景技術(shù)：
IPMC作為人工肌肉中的一種智能材料，它變形量大、彈性好，在一定程度上非常接近生物肌肉的特性，因此稱為人工肌肉。它是由全氟化的主鏈帶有離子基團封閉段的短側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的離子交換膜和兩側(cè)電極層構(gòu)成。當(dāng)對IPMC兩側(cè)電極施加激勵電壓時，它會產(chǎn)生較大的彎曲，一般是向陽極彎曲，稱為直接現(xiàn)象。相反，當(dāng)IPMC在外力作用下彎曲變形時，IPMC也會在兩側(cè)電極上產(chǎn)生一個電壓，稱之為反現(xiàn)象。這樣，IPMC就構(gòu)成一個機電耦合系統(tǒng)。目前國內(nèi)外研究大多數(shù)集中于如何提高IPMC的壽命、輸出位移和輸出力，以及IPMC的制備方法和其在做功器件應(yīng)用上的研究。也有部分學(xué)者致力于找到一種可以模擬IPMC的理論模型，通過對模型分析來了解它的驅(qū)動機理，從而為控制IPMC的輸出力和輸出位移做理論支持，為IPMC在做功器件上的應(yīng)用提供更可靠的理論依據(jù)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在提出一種IPMC人工肌肉的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案在于：
IPMC人工肌肉的制備方法，包括如下步驟：
（1）前處理過程
首先將Nafion膜剪成長40mm，寬15mm的小片并進行表面粗化；將打磨過的Nafion膜放人燒杯中反復(fù)清洗幾次后，進行超聲振蕩15min；用鑷子取出，放入濃度為2mol/L的稀HCl燒杯中，再將燒杯整體放入80C的恒溫水浴鍋中持續(xù)泡40min；將Nafion膜放人15％的H2O2燒杯中，再將燒杯放置到電阻爐上加熱煮沸，持續(xù)30min；最后將Nafion膜放入蒸餾水中加熱煮沸30min，使膜內(nèi)充滿水分子，讓膜充分溶脹；Nafion膜成透明狀；
（2）離子交換過程
將預(yù)處理完成后的Nafion膜放置于盛有0.25mol／L的NaOH溶液的燒杯中，再將燒杯放置于25℃的恒溫水浴中保持40min，最后將Nafion膜取出放置于0.03mol／L的銀氨溶液的燒杯中浸泡15h；
（3）化學(xué)還原反應(yīng)過程
向上述（2）最后的溶液中每10min滴加一次還原劑，直到反應(yīng)完全進行；整個反應(yīng)過程保持在27℃恒溫條件下進行，用攪拌器不斷攪拌；用蒸餾水清洗IPMC材料，并放入超聲波清洗機中震蕩，清洗之后再放入還原劑溶液中振蕩20min；將一次還原完成的膜進行完全清洗；然后再將膜浸泡到0.03mol／L銀氨溶液中，浸泡4h，然后再分次滴加0.025mol／L的還原劑溶液，整個反應(yīng)過程保持在27℃的恒溫水浴中進行；反應(yīng)完全進行后，將膜置于蒸餾水中，放入超聲波清洗機中振蕩30min，清洗表面沉積不良的Ag顆粒。再放入還原劑溶液中浸泡30min，以加固表面沉積的Ag，形成IPMC人工肌肉。
將IPMC人工肌肉樣件用兩塊玻璃片夾好，使樣件展平，再整體放入真空干燥箱中，抽真空后，梯度加溫至120℃后恒溫3h，然后自然冷卻至室溫。
本發(fā)明的技術(shù)效果在于：
本發(fā)明IPMC的制備周期縮短了30％，并降低實驗成本。采用在IPMC表面涂聚二甲基硅氧烷保護膜，減少了膜內(nèi)水分的丟失，其使用壽命提高50％左右，并且二甲基硅氧烷保護膜可以有效地形成電極表面保護膜，防止在應(yīng)用過程中電極與水發(fā)生導(dǎo)電。
具體實施方式
IPMC人工肌肉的制備方法，包括如下步驟：
（1）前處理過程
首先將Nafion膜剪成長40mm，寬15mm的小片并進行表面粗化；將打磨過的Nafion膜放人燒杯中反復(fù)清洗幾次后，進行超聲振蕩15min；用鑷子取出，放入濃度為2mol/L的稀HCl燒杯中，再將燒杯整體放入80C的恒溫水浴鍋中持續(xù)泡40min；將Nafion膜放人15％的H2O2燒杯中，再將燒杯放置到電阻爐上加熱煮沸，持續(xù)30min；最后將Nafion膜放入蒸餾水中加熱煮沸30min，使膜內(nèi)充滿水分子，讓膜充分溶脹；Nafion膜成透明狀；
（2）離子交換過程
將預(yù)處理完成后的Nafion膜放置于盛有0.25mol／L的NaOH溶液的燒杯中，再將燒杯放置于25℃的恒溫水浴中保持40min，最后將Nafion膜取出放置于0.03mol／L的銀氨溶液的燒杯中浸泡15h；
（3）化學(xué)還原反應(yīng)過程
向上述（2）最后的溶液中每10min滴加一次還原劑，直到反應(yīng)完全進行；整個反應(yīng)過程保持在27℃恒溫條件下進行，用攪拌器不斷攪拌；用蒸餾水清洗IPMC材料，并放入超聲波清洗機中震蕩，清洗之后再放入還原劑溶液中振蕩20min；將一次還原完成的膜進行完全清洗；然后再將膜浸泡到0.03mol／L銀氨溶液中，浸泡4h，然后再分次滴加0.025mol／L的還原劑溶液，整個反應(yīng)過程保持在27℃的恒溫水浴中進行；反應(yīng)完全進行后，將膜置于蒸餾水中，放入超聲波清洗機中振蕩30min，清洗表面沉積不良的Ag顆粒。再放入還原劑溶液中浸泡30min，以加固表面沉積的Ag，形成IPMC人工肌肉。
為了消除表面銀層的內(nèi)應(yīng)力使IPMC樣件變得平整，將IPMC人工肌肉樣件用兩塊玻璃片夾好，使樣件展平，再整體放入真空干燥箱中，抽真空后，梯度加溫至120℃后恒溫3h，然后自然冷卻至室溫。