氧化硅/全氟磺酸杂化膜提升IPMC致动器性能

该研究论文于2010年发表，标题为"氧化硅掺杂的全氟磺酸聚合物膜在IPMC中的应用"，主要探讨了在离子聚合物金属复合材料（IPMC）领域的一项创新技术。作者何青松等人来自南京航空航天大学的仿生结构与材料防护研究所和机电学院，他们设计并制备了一种具有高多孔度和高模量的离子交换聚合物薄膜。 研究过程中，他们利用全氟磺酸的酸性环境（pH值为2.0）作为催化剂，促使二氧化硅前体（四乙氧基硅）进行溶胶-凝胶反应。这一反应过程导致二氧化硅颗粒与全氟磺酸大分子发生共结晶，形成了一个有机-无机杂化薄膜。这一杂化膜的特点在于其显著改善了薄膜的保水性能，通过ATR-FTIR测试得到了验证。相较于商业化膜，杂化膜的弹性模量和硬度大约提升了2倍，显示出更强的机械性能。 通过扫描电子显微镜观察，发现杂化膜具有高度的多孔结构，内部存在着大量的微管道，尺寸范围在100到300纳米之间。这些微管道对于IPMC的性能提升至关重要，可能为离子的传输和控制提供了优越的通道。 将这种新型杂化膜应用于IPMC致动器后，研究者发现其电致动性能相比未杂化的IPMC致动器提高了5至7倍，同时非水工作时间也延长了6至7倍。这表明该膜材料不仅提升了IPMC的功能效率，还提高了其在极端环境下的稳定性，这对于许多实际应用，如传感器、驱动器和生物医学设备等领域都具有重要意义。 这项研究为IPMC技术的发展提供了一个重要的方向，即通过有机-无机杂化策略来优化材料性能，提高复合材料在特定应用中的效能和耐久性。这一成果对于推动高性能离子导电材料的研究和开发具有重要的科学价值。