一種結構仿生的聚合物致動器及其制備方法

文檔序號：1685404閱讀：279來源：國知局

一種結構仿生的聚合物致動器及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種結構仿生的聚合物致動器，由一層高分子薄膜和覆蓋于高分子薄膜兩側的金屬電極所組成，其中高分子薄膜為磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜；所述磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜，通過先合成磺化嵌段共聚物，然后將磺化嵌段共聚物溶液通過靜電紡絲制得取向納米纖維薄膜，再將此薄膜與Nafion溶液復合，經澆鑄靜置干燥制得。本發明還提供一種結構仿生的聚合物致動器的制備方法，將磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜經過前期處理、離子交換反應、主化學鍍反應、鋰離子置換和裁剪制得。本發明結構仿生的聚合物致動器具有成本低、性能穩定、結構仿生的優點。
【專利說明】-種結構仿生的聚合物致動器及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及智能型材料領域，具體涉及一種結構仿生的聚合物致動器及其制備方法。

【背景技術】
[0002] 電活性聚合物巧lectroactive Polymers/EAP)是一類能夠在外電場誘導下，通過材料內部構造改變產生多種形式的力學響應的材料，可W實現電能和機械能的相互轉換。 EAP響應的形式可W有伸縮、彎曲、束緊或膨脹等，從而可W實現牽引、緊固等機械功能。EAP 依據外界刺激的形式可區分成兩類：（1)受電場或庫倫力；（2)受離子在材料內擴散而形變的電驅動高分子。第一類高分子稱為Electronic EAP，該類型的EAP雖然材質柔軟，但是驅動材料變形的電場卻相當大，通常大于lOOMV/m，為避免在人體內使用過程漏電而造成電擊，通常不考慮作為植入體內的醫療器材。第二類的高分子稱為Ionic EAP，包括離子聚合物-金屬復合材料（Ionic Polymer-Metal Composites/lPMC),導電性高分子（Conductive polymer/CP)，及納米碳管（Carbon nanotubes/CNT)，相較于 Electronic EAP,驅動電壓一般低于10伏特，所W可被考慮作為植入式醫療器械的材料。
[0003] 離子聚合物金屬復合物材料（IPMC)是一種新型的智能材料，在外加電壓的作用下能產生較大的形變，表現為致動性能。IPMC作為致動器在仿生機器人、柔性低阻尼機械臂、微致動器等領域有巨大的應用前景。典型的IPMC結構包含一層高分子薄膜及一層金屬電極層覆蓋于高分子層兩面，形成一個明治"結構。它的作用機理是水合陽離子在電場作用下，朝著陰極移動，從而引起陰極一側的水分子濃度偏大，而導致致動器朝陽極彎曲。在1992年IPMC被3個不同研究團體發現其具有驅動的特殊性質，包含日本的 Oguro等人發現施加一電壓時會使IPMC產生形變，美國的Sade曲ipour及化址i噸oor等人提出的IPMC應用于傳感器方面的報告。目前IPMC被開發的科學應用主要有；人機械界面（Human-Machine inte;rfaces)、飛行器應用（Planetary Applications)、可控制織物 (Controlled weaving)、機器人、生物醫療等。可見，IPMC聚合物致動器具有不可估量的應用前景。
[0004] 雖然IPMC是很有發展前景的一類智能高分子材料，但是，IPMC的實際應用仍然具有許多困難。首先，IPMC的性能不夠理想，存在使用壽命較短，彎曲應力小，高頻響應差，質量重復性差等等缺點，W致市場上至今不能批量提供性能穩定的IPMC材料；其次，樹脂或者膜價格昂貴也是影響IPMC被廣泛應用的一個因素。例如，杜邦Nation樹脂的價格就高的梅人，約為30000元/公斤，即便是國產的全氣賴酸樹脂價格（山東東岳集團）也高達20000 元/公斤。第H，IPMC中的電極材料一般采用笛金，眾所周知該是一種非常貴的金屬材料，因此大大提高了 IPMC的成本，也不利于IPMC的推廣應用。為了實現IPMC致動器的實際應用，必須尋找可替代Nation膜的廉價的新型聚合物離子交換膜，且同時應大幅提高IPMC致動器的綜合性能。
[0005] 作為IPMC致動器中關鍵材料的離子聚合物（簡稱離聚物）有許多種，根據主鏈結構，離聚物可w分為全氣賴酸離聚物和碳氨離聚物兩大類。全氣賴酸樹脂合成工藝十分復雜，產量很少，價格十分昂貴。碳氨離聚物可W選擇通用塑料（如聚苯己帰）作為賴化的基礎樹脂，也可W選擇工程塑料甚至特種工程塑料（如聚離離麗，聚醜亞胺等）作為原料。該些非氣化離聚物相對全氣賴酸離子樹脂來說，價格要低廉很多，比較貴的如聚諷，聚醜亞胺等也不過兩H百元每公斤。
[0006] 由離聚物來制備離子交換膜，離子膜的內部微觀結構決定它的宏觀性能。傳統的離子膜采用溶液德鑄法或流誕法生產，得到的往往是無定形結構。目前研究者們往往采用各種途徑調控薄膜的微觀結構形態，主要方法有；（1)采用嵌段共聚物作為離聚物，該樣的離聚物具有指紋狀的相分離的微觀形態；(2)采用化學交聯或者福射交聯的方法，使賴化聚合物形成交聯結構，有利于得到更微細的離子傳輸通道和更堅初的薄膜；（3)采用共混改性的方法；(4)采用接枝改性制備接枝共聚物；（5)添加一些導電或親水的無機粒子進行復合改性；(6)采用新型成型工藝，如靜電紡絲工藝，采用該種工藝制備的離子膜內部微觀結構的優勢是陽離子沿著納米纖維形成的通道傳輸，該使得質子導電能力有很大提高，使離子交換膜具有超高質子導電能力。
[0007] 靜電紡絲是一種利用高壓靜電場對粘性溶液或烙體進行拉伸紡絲的技術。靜電紡絲所獲纖維具有比表面積高，制備簡單，材料及形貌可控，生產效率較高等優點，在生物技術、醫用材料、能源存儲等諸多領域有潛在的應用價值，已經受到了全世界科技界及產業界的廣泛關注。我們知道，動物體的肌肉實際上是纖維結構的，肌肉由肌腹和肌膊組成；肌腹是產生動力的地方，肌腹是由肌肉纖維組成；肌膊是固定肌肉的組織，也是纖維。但目前的聚合物致動器僅僅是從功能上實現了 "仿生"，即可W根據電流變化呈現出各種復雜的狀態，例如，彎曲、延伸、扭動和收縮等，但結構上并沒有實現仿生。如何將IPMC制成具有纖維的內部微觀結構，同時又具有良好的電致動性能，則可W實現結構仿生與功能仿生的有機統一，該在IPMC制備理論上將是一個突破。

【發明內容】

[0008] 針對現有聚合物致動器中的高分子薄膜性能存在的上述問題，本發明的目的是提供一種具有優良的力學強度和良好的熱穩定性的賴化嵌段共聚物-Nation雜化薄膜。
[0009] 本發明的另一個目的是提供一種W賴化嵌段共聚物-Nation雜化薄膜為原料，制作成本低、性能穩定的結構仿生的聚合物致動器。
[0010] 本發明的再一個目的是提供一種結構仿生的聚合物致動器的制備方法，該制備方法具有操作簡單，易于推廣應用的優點。
[0011] 實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種結構仿生的聚合物致動器，主要由一層高分子薄膜和覆蓋于高分子薄膜兩側的金屬電極所組成，所述高分子薄膜為賴化嵌段共聚物-Nation雜化薄膜；所述賴化嵌段共聚物-Nation雜化薄膜通過先合成賴化嵌段共聚物，然后將賴化嵌段共聚物溶液通過靜電紡絲制得取向納米纖維薄膜，再將取向納米纖維薄膜與Nation溶液復合，經德鑄靜置干燥制得；其中取向納米纖維薄膜占雜化薄膜總質量的 20%?50%。
[0012] 本發明還提供一種賴化嵌段共聚物-Nation雜化薄膜的制備方法，包括如下步驟：
[0013] 1)賴化單體的合成：將25. 4g二氣二苯諷溶于50?55血體積分數為50%的發煙硫酸中，在160?17(TC下攬拌反應12?1化，反應結束后用4mol/L化OH溶液將反應液抑值調節至6?7,并加入120?125g化C1，在冰水浴中攬拌反應，至賴化單體結晶形成，將賴化單體結晶溶在體積分數為80?85%的異丙醇和去離子水混合溶液中，在80?90°C 下純化產生白色晶體，將純化后的白色晶體過濾，在100?105C下真空干燥2化，得賴化單體；
[0014] 2)賴化嵌段共聚物的合成：
[0015] ①非賴化共聚嵌段A的合成：將5. 0850g二氣二苯諷、4. 7578g4, 4'-硫代二苯硫醇和6. 6340g碳酸鐘加入到一個裝有攬拌器、導氣管、分水器和冷凝管的250mL H 口燒瓶中，先加入100?120血二甲基己醜胺，在室溫下攬拌反應1?化，然后升溫至100?105°C 再攬拌反應1?化，接著加入40?45血甲苯，在120?125°C攬拌反應2?化，然后升溫至140?150°C再攬拌反應2?3h，隨后又升溫至160?165°C攬拌反應3?化，反應結束后將反應液冷卻至室溫，用冰醋酸驟冷，然后用體積分數為2:1的甲醇和去離子水的混合液沉淀出共聚物，將共聚物過濾，用甲醇索氏萃取48?5化后，再在80?9(TC下真空干燥 24?26h，即得非賴化共聚嵌段A ;
[0016] ②賴化共聚嵌段B的合成：將2. 5041g 4, 4'-硫代二苯硫醇、4. 4316g步驟1)所得賴化單體和3. 3168g碳酸鐘加入到250mL H 口燒瓶中，加入60?70mL環下諷，先在100? 105C下攬拌反應12?1化，然后升溫至180?19(TC，再攬拌反應6?她，反應結束，將反應液冷卻至室溫，用冰醋酸驟冷，然后用體積分數為2:1的甲醇和去離子水的混合液沉淀出共聚物B，將共聚物B過濾，用去離子水充分洗涂，并用甲醇索氏萃取72?7化后，再在 locrc下真空干燥2化，即得賴化共聚嵌段B ;
[0017] ③賴化嵌段共聚物的合成；稱取步驟①所得非賴化共聚嵌段A溶解在二甲基己醜胺化OmL)中，步驟②所得賴化共聚嵌段B溶解在環下諷化OmL)中，再將溶解了非賴化共聚嵌段A的二甲基己醜胺溶液，加入到溶解了賴化共聚嵌段B的環下諷溶液中，混合均勻并升溫至140?145C，先混合攬拌反應1?化，然后升溫至180?19(TC，反應4?化，反應結束后將共聚產物用體積分數為2:1的甲醇和去離子水的混合液沉淀，并過濾，再用甲醇索氏萃取48?52h，在80?9(TC下真空干燥2化，得到賴化嵌段共聚物；
[0018] 3)取向納米纖維薄膜的制備；將賴化嵌段共聚物用二甲基己醜胺溶解，在100? 11(TC下強力攬拌配制成質量濃度20?30%的溶液，將此溶液于15KV的靜電下進行靜電紡絲；得到的取向納米纖維薄膜先用靜液壓機在2?3M化下壓制2?3min，然后將壓制后的薄膜浸泡在4?6mol/L的H2SO4溶液中，室溫下靜置24?26h，最后將薄膜用去離子水洗凈，在80?9(TC下真空干燥她；
[0019] 4)賴化嵌段共聚物-Nation雜化薄膜的制備；將質量分數為7?10%的Nation溶液德鑄在盛有步驟3)所得取向納米纖維薄膜的玻璃模具中，將此混合物在室溫下靜置一天，脫去氣泡，待溶劑基本揮發后，移入真空干燥箱中，在60?65C下干燥8?12h，然后將真空干燥箱溫度上升至120?125C，再干燥2?化，最后小也將薄膜從玻璃模具中取下來，即得賴化嵌段共聚物-Nation雜化薄膜。
[0020] 本發明還提供一種結構仿生的聚合物致動器的制備方法，包括如下步驟：
[00川 1)前期處理：
[0022] ①粗化處理；用500?600目的砂紙對權利要求2所得賴化嵌段共聚物-Nation雜化薄膜進行表面粗化處理；
[0023] ②超聲波清洗；使用超聲波清洗機對步驟①粗化處理后的雜化薄膜表面進行清洗；
[0024] ③酸洗和水洗：將超聲波清洗后的雜化薄膜放入2?3mol/L的鹽酸溶液中浸泡 30?40min，再用去離子水漂洗去除膜內吸附的酸液，然后將漂洗后的雜化薄膜在去離子水中煮30?35min，使雜化薄膜充分溶脹；
[00幼 2)離子交換反應
[0026] 配制笛鹽溶液80?90血，并滴加2?5血氨水溶液，將經步驟1)前期處理的雜化薄膜30?50cm 2置于該混合溶液中，過夜，完成笛饋陽離子與氨陽離子的置換；
[0027] 如主化學鍛反應
[0028] 取經步驟2)離子交換反應后的雜化薄膜30?50cm2,置于500血燒杯中，加入 200?250血去離子水；配制測氨化軸溶液60?65血，在30°C水浴的條件下，每隔20min 滴加4?6mL測氨化軸溶液，總共滴加6?7次，在此過程中，逐步將水浴溫度升至60? 65C，最后將剩余的測氨化軸溶液全部加入反應溶液中，在60?65C下恒溫反應比，反應結束后，取出雜化薄膜用去離子水清洗，并置于0. 1?0. 3mol/L的稀鹽酸溶液中浸泡比，完成第一次主化學鍛反應；然后再將經過第一次主化學鍛反應的雜化薄膜置于笛鹽溶液中，繼續離子交換12?1化后，做第二次主化學鍛反應；
[0029] 4)裡離子置換
[0030] 將步驟3)主化學鍛后的雜化薄膜用去離子水清洗，然后在0. 1?0. 3mol/L稀鹽酸溶液中浸泡0. 5?Ih后，用去離子水漂洗去除膜內吸附的酸液；將清洗后的雜化薄膜浸泡在2?4mol/L的氯化裡溶液中24小時W上，完成裡離子置換反應；
[003。 W裁剪
[0032] 將步驟4)裡離子置換后的雜化薄膜裁剪成便于進行電致動性能測試的條狀，即得結構仿生的聚合物致動器。
[0033] 相比現有技術，本發明具有如下有益效果：
[0034] 1、本發明制得的賴化嵌段共聚物（SPTE巧具有優良的力學強度和良好的熱穩定性。
[0035] 2、采用廉價易得的材料制備賴化嵌段共聚物（SPTES)，成本低，具有良好的市場前島
[0036] 3、本發明制得的賴化嵌段共聚物（SPTE巧具有微觀相分離結構，陽離子沿著納米纖維形成通道傳輸，使得質子導電性更好，有利于產生更多的水合陽離子，水合陽離子在電場作用下，朝著陰極移動，從而引起陰極一側的水分子濃度偏大，從而帶來更快的電致彎曲響應。
[0037] 4、本發明采用靜電紡絲工藝制備取向納米纖維薄膜，并將其與Nation溶液復合，制備出具有結構仿生的賴化嵌段共聚物（SPTES)/Nation雜化薄膜，實現質子交換膜的結構仿生。
[0038] 5、本發明制得的聚合物致動器，因使用賴化嵌段共聚物（SPTES)/Nation雜化薄膜，而實現了結構仿生和功能仿生的有機統一。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039] 圖1為本發明結構仿生的聚合物致動器結構示意圖；
[0040] 圖2為本發明靜電紡絲工藝示意圖；
[0041] 圖3為本發明結構仿生的聚合物致動器在正弦電壓（2. 5V，0. IHz)激勵下的位移響應圖；
[0042] 圖4為本發明賴化嵌段共聚物（SPTES)的熱重曲線圖；
[0043] 圖5為本發明結構仿生的聚合物致動器在直流電壓（3V)激勵下的響應圖1 ;
[0044] 圖6為本發明結構仿生的聚合物致動器在直流電壓（3V)激勵下的響應圖2 ;
[0045] 圖7是取向納米纖維在離子導電聚合物基體中的分布示意圖；
[0046] 圖8是賴化嵌段共聚物的原子力顯微照片圖1 ;
[0047] 圖9是賴化嵌段共聚物的原子力顯微照片圖2 ;
[0048] 圖10是靜電紡絲得到的取向納米纖維薄膜的掃描電鏡圖。

【具體實施方式】
[0049] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0050] 實施例中，4, 4'-硫代二苯硫醇用甲苯重結晶后干燥備用。其他試劑均為分析純，均市售可得；所用Nation為杜邦公司生產，離子交換當量（EW)為llOOg/mol，溶劑為質量比 10 : 9的異丙醇和水制得的混合溶劑。
[00川實施例1 ;
[0052] 參見圖1，本發明結構仿生的聚合物致動器主要由一層高分子薄膜和覆蓋于高分子薄膜兩側的笛電極所組成，其中高分子薄膜為本發明賴化嵌段共聚物（SPTES)-Nafion雜化薄膜。
[0053] -、賴化嵌段共聚物（SPTES) -Nation雜化薄膜的制備：
[0054] 1)賴化單體（SD抑P巧的合成：
[00巧]將25.4肖二氣二苯諷溶于501111^本積分數為50%的發煙硫酸中，在1601：下攬拌反應12h，反應結束后用4mol/LNaOH溶液將反應液抑值調節至6,并加入120g化cl,在冰水浴中攬拌反應，至賴化單體結晶形成，將賴化單體結晶溶在80% (v/v)異丙醇和去離子水混合溶液中，在8(Tc下純化產生白色晶體，將純化后的白色晶體過濾，在locrc下真空干燥 2化，得賴化單體（SD抑PS);
[0056] 2)賴化嵌段共聚物（SPTE巧的合成：
[0057] ①非賴化共聚嵌段A的合成：
[0058] 將5. 0850g二氣二苯諷、4. 7578g4, 4'-硫代二苯硫醇和6. 6340g碳酸鐘加入到一個裝有攬拌器、導氣管、分水器和冷凝管的250血H 口燒瓶中，先加入100血二甲基己醜胺，在室溫下攬拌反應比，然后升溫至lOCrC再攬拌反應比，接著加入40血甲苯，在12(TC攬拌反應化，然后升溫至14(TC再攬拌反應化，隨后又升溫至16(TC攬拌反應化，反應結束后將反應液冷卻至室溫，用冰醋酸驟冷，然后用2:l(v/v)甲醇和去離子水的混合液沉淀出共聚物，將共聚物過濾，用甲醇索氏萃取4她后，再在8(TC下真空干燥2化，即得非賴化共聚嵌段 A ;反應方程式如下：
[0059]

【權利要求】
1. 一種結構仿生的聚合物致動器，主要由一層高分子薄膜和覆蓋于高分子薄膜兩側的金屬電極所組成，其特征在于：所述高分子薄膜為磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜；所述磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜通過先合成磺化嵌段共聚物，然后將磺化嵌段共聚物溶液通過靜電紡絲制得取向納米纖維薄膜，再將取向納米纖維薄膜與Nafion溶液復合，經澆鑄靜置干燥制得；其中取向納米纖維薄膜占雜化薄膜總質量的20%?50%。
2. -種磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 磺化單體的合成：將25. 4g二氟二苯砜溶于50?55mL體積分數為50%的發煙硫酸中，在160?170°C下攪拌反應12?14h，反應結束后用4mol/LNaOH溶液將反應液pH值調節至6?7,并加入120?125gNaCl，在冰水浴中攪拌反應，至磺化單體結晶形成，將磺化單體結晶溶在體積分數為80?85%的異丙醇和去離子水混合溶液中，在80?90°C下純化產生白色晶體，將純化后的白色晶體過濾，在100?l〇5°C下真空干燥24h，得磺化單體； 2) 磺化嵌段共聚物的合成： ① 非磺化共聚嵌段A的合成：將5. 0850g二氟二苯砜、4. 7578g4, 4' -硫代二苯硫醇和 6. 6340g碳酸鉀加入到一個裝有攪拌器、導氣管、分水器和冷凝管的250mL三口燒瓶中，先加入100?120mL二甲基乙酰胺，在室溫下攪拌反應1?2h，然后升溫至100?105°C再攪拌反應1?2h，接著加入40?45mL甲苯，在120?125°C攪拌反應2?3h，然后升溫至 140?150°C再攪拌反應2?3h，隨后又升溫至160?165°C攪拌反應3?4h，反應結束后將反應液冷卻至室溫，用冰醋酸驟冷，然后用體積分數為2:1的甲醇和去離子水的混合液沉淀出共聚物，將共聚物過濾，用甲醇索氏萃取48?52h后，再在80?90°C下真空干燥24? 26h，即得非磺化共聚嵌段A; ② 磺化共聚嵌段B的合成：將2. 5041g4, 4'-硫代二苯硫醇、4. 4316g步驟1)所得磺化單體和3. 3168g碳酸鉀加入到250mL三口燒瓶中，加入60?70mL環丁砜，先在100?105°C 下攪拌反應12?14h，然后升溫至180?190°C，再攪拌反應6?8h，反應結束，將反應液冷卻至室溫，用冰醋酸驟冷，然后用體積分數為2:1的甲醇和去離子水的混合液沉淀出共聚物B，將共聚物B過濾，用去離子水充分洗滌，并用甲醇索氏萃取72?76h后，再在100°C下真空干燥24h，即得磺化共聚嵌段B ; ③ 磺化嵌段共聚物的合成：稱取步驟①所得非磺化共聚嵌段A溶解在二甲基乙酰胺 (60mL)中，步驟②所得磺化共聚嵌段B溶解在環丁砜^OmL)中，再將溶解了非磺化共聚嵌段A的二甲基乙酰胺溶液，加入到溶解了磺化共聚嵌段B的環丁砜溶液中，混合均勻并升溫至140?145°C，先混合攪拌反應1?2h，然后升溫至180?190°C，反應4?6h，反應結束后將共聚產物用體積分數為2:1的甲醇和去離子水的混合液沉淀，并過濾，再用甲醇索氏萃取48?52h，在80?90°C下真空干燥24h，得到磺化嵌段共聚物； 3) 取向納米纖維薄膜的制備：將磺化嵌段共聚物用二甲基乙酰胺溶解，在100?110°C 下強力攪拌配制成質量濃度20?30%的溶液，將此溶液于15KV的靜電下進行靜電紡絲；得到的取向納米纖維薄膜先用靜液壓機在2?3MPa下壓制2?3min，然后將壓制后的薄膜浸泡在4?6mol/L的H2S04溶液中，室溫下靜置24?26h，最后將薄膜用去離子水洗凈，在 80?90°C下真空干燥8h ; 4) 磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜的制備：將質量分數為7?10%的Nafion溶液澆鑄在盛有步驟3)所得取向納米纖維薄膜的玻璃模具中，將此混合物在室溫下靜置一天，脫去氣泡，待溶劑基本揮發后，移入真空干燥箱中，在60?65°C下干燥8?12h，然后將真空干燥箱溫度上升至120?125°C，再干燥2?3h，最后小心將薄膜從玻璃模具中取下來，即得磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜。
3. 根據權利要求2所述磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜的制備方法，其特征在于，步驟2)中根據非磺化共聚嵌段A和磺化共聚嵌段B的摩爾比不同，分別制備SPTES-50、 SPTES-60、SPTES-70、SPTES-80和SPTES-90 ;其中當非磺化共聚嵌段A和磺化共聚嵌段B的摩爾比為5:5時，制備得SPTES-50 ;摩爾比為4:6時，制備得SPTES-60 ;摩爾比為3:7時，制備得SPTES-70 ;摩爾比為2:8時，制備得SPTES-80 ;摩爾比為1:9時，制備得SPTES-90。
4. 根據權利要求2所述磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述靜電紡絲，紡絲速率為1. OmL/h，固定陽極/針頭和陰極/鋁箔之間的距離為 20 ?25cm。
5. 根據權利要求2所述磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜的制備方法，其特征在于，步驟4)中所述Nafion的離子交換當量（EW)為1100g/mol。
6. 根據權利要求2所述磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜的制備方法，其特征在于，步驟4)中所述取向納米纖維薄膜占雜化薄膜總質量的20 %?50 %。
7. -種結構仿生的聚合物致動器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟： 1) 前期處理： ① 粗化處理：用500?600目的砂紙對權利要求2所得磺化嵌段共聚物-Nafion雜化薄膜進行表面粗化處理； ② 超聲波清洗：使用超聲波清洗機對步驟①粗化處理后的雜化薄膜表面進行清洗； ③ 酸洗和水洗：將超聲波清洗后的雜化薄膜放入2?3mol/L的鹽酸溶液中浸泡30? 40min，再用去離子水漂洗去除膜內吸附的酸液，然后將漂洗后的雜化薄膜在去離子水中煮 30?35min，使雜化薄膜充分溶脹； 2) 離子交換反應配制鉬鹽溶液80?90mL，并滴加2?5mL氨水溶液，將經步驟1)前期處理的雜化薄膜 30?50cm2置于該混合溶液中，過夜，完成鉬銨陽離子與氫陽離子的置換； 3) 主化學鍍反應取經步驟2)離子交換反應后的雜化薄膜30?50cm2,置于500mL燒杯中，加入200? 250mL去離子水；配制硼氫化鈉溶液60?65mL，在30°C水浴的條件下，每隔20min滴加4? 6mL硼氫化鈉溶液，總共滴加6?7次，在此過程中，逐步將水浴溫度升至60?65°C，最后將剩余的硼氫化鈉溶液全部加入反應溶液中，在60?65°C下恒溫反應lh,反應結束后，取出雜化薄膜用去離子水清洗，并置于〇. 1?〇. 3mol/L的稀鹽酸溶液中浸泡lh，完成第一次主化學鍍反應；然后再將經過第一次主化學鍍反應的雜化薄膜置于鉬鹽溶液中，繼續離子交換12?14h后，做第二次主化學鍍反應； 4) 鋰離子置換將步驟3)主化學鍍后的雜化薄膜用去離子水清洗，然后在0. 1?0. 3mol/L稀鹽酸溶液中浸泡0. 5?lh后，用去離子水漂洗去除膜內吸附的酸液；將清洗后的雜化薄膜浸泡在 2?4mol/L的氯化鋰溶液中24小時以上，完成鋰離子置換反應； 5) 裁剪將步驟4)鋰離子置換后的雜化薄膜裁剪成便于進行電致動性能測試的條狀，即得結構仿生的聚合物致動器。
8. 根據權利要求7所述結構仿生的聚合物致動器的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述鉬鹽溶液濃度為2?4mg/mL，氨水溶液質量濃度為5?7%。
9. 根據權利要求7所述結構仿生的聚合物致動器的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述硼氫化鈉溶液質量濃度為5?7%，鉬鹽溶液濃度為2?4mg/mL。
10. 根據權利要求7所述結構仿生的聚合物致動器的制備方法，其特征在于，步驟4)中所述氯化鋰溶液濃度為2?4mol/L。
【文檔編號】D06M15/256GK104389173SQ201410735951
【公開日】2015年3月4日申請日期:2014年12月5日優先權日:2014年12月5日
【發明者】王選倫, 黃偉九, 盛旭敏, 楊朝龍, 夏天申請人:重慶理工大學

完整全部詳細技術資料下載