第26卷 第12期
2004 年 12 月
武 汉 理 工 大 学 学 报
JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vol .26 No .12
Dec .2004
Pt-Ni/Nafion 膜电致动材料的制备及性能研究
王海霞 ,余海湖 ,李小甫 ,姜德生
(武汉理工大学光纤传感技术研究中心 ,武汉 430070 )
摘 要 : 采用渗透还原法制备了 Pt-Ni/Nafion 离子交换膜复合材料 ,还原出来的 Pt在 Nafion 膜表面形成颗粒膜 ,在膜内
部呈梯度分散 ;在 Pt颗粒膜外表面化学镀沉积 Ni作为电极层。在交变电场作用下 ,Pt-Ni/Nafion 离 子 交 换膜复合材料的
偏转角可达 25°。对影响复合材料的电致动性能的因素进行了分析 ,结果表明复合材料的变形幅度随电压上升而增大 ,
当电场强弱频率变化较低时复合材料的形变较大 ;复合材料的电动性能还与其厚度有关 ,随着复合材料厚度 h 的增加 ,
顶端产生的应力 δ与其成指数关系上升 ,δ与 h 之间存在近似函数关系δ= 3 .96×10
-6
×h
3
。
关键词 : Nafion 离子交换膜 ; 离子交换膜金属复合材料 ; 电致动
中图分类号 : O 657 文献标识码 : A 文章编号 :1671-4431(2004 )12-0005-04
Preparation and Properties of Pt-Ni/ Nafion M e m brane Based
Electrically D rive n M aterials
W A N G H ai-xia ,Y U H ai-hu ,LI Xiao-fu ,JIA N G De-sheng
( Fib er O ptic Se nsin g T e ch n olog y R esearc h C e nter , W u h an U niv ersity of T ec hnology , W uhan 430070 , China )
A bstract :
Ionic poly m er m etal co m posite(IP M C ) m aterials with the structure of Pt-Ni/ Nafion were successfully synthesized by chem-
ical reduction . S E M revealed that Pt particles were spread on the surface of Nafion mem brane while Ni particles were plated on the out-
w ards . O ccasio nally , Pt particles p en etrated insid e N afio n m e m bra ne with gradient distrib ution . T he I P M C m aterials w ere p erfor m ed as
electrically drive n artificial m uscles an d ha d a deflu xio n a n gle of 2 5°with the presence of alternating voltage at 6 V .Furthermore ,the in-
fluential factors were investigated in detail and m any results were obtained .The results show thatthe transm utation range ofthe composite
m aterial incre ase d with th e voltage enhancing and at the sa m e tim e the lower frequency electric field had a m ore influence to transm uta-
tion range . The research studied the relationship between the thickness of IP M C a n d its tra ns m utation ran ge a n d n oticed th at the tip stress
of the co m posite m aterial produced increased with the thickness h , and it satisfied the functional relation ship δ = 3 .96×10
-6
×h
3
.
K ey words :
Pt- Ni/ N afion ; IP M C ; ele ctrically drive n m aterial
收稿日期 :2004-09-08 .
作者简介 :王海霞(1979- ),女 ,硕士生 .E-mail :thln @ m ail .w h ut .ed u .c n
离子交换膜金属复合材料(ionic polymer metal composite ,IPM C )是一种智能材料 ,具有质量轻、响应速度
快、可以任意剪切和能够在较低的电压下形成较大的形变并产生较大张力的特点 ,在软性机械致动器、人工
肌肉和应力传感器
[1 ~ 3 ]
等方面有很大的应用潜力 ;另外 ,由于这种材料为柔性材料 ,工作电压低、安全性高 ,
也是一种适用于人体内的驱动材料
[4 ]
,在生物化学和仿生应用方面有很好的应用前景。IPM C 一般是在离子
交换膜(如 Nafion )中渗透并在其表面沉积 Pt等贵金属得到
[5 ~ 7 ]
,但是该膜的制备成本太高 ,而膜表面较高的
电极电阻阻碍其致动性能 ,很难得到推广使用。以金属 Ni 部分地代替 Pt制备表面电极 ,合成了 Pt-Ni双金
属IPMC ,较大幅度地降低了膜的表面电极电阻 ,同时研究了其致动特性 ,并对影响其性能的因素进行了讨
论。