离子聚合物金属复合材料的电极修饰和硅橡胶粘附性能的改性研究

摘要

壁虎飞檐走壁的能力源于其脚底数以万计的刚毛结构和其精确的运动控制。为实现仿壁虎机器人脚掌简单有效的驱动和可控粘附，论文提出以导电性能优异并且相对廉价的碳纳米管和石墨烯对IPMC的铂电极进行改性，以期降低IPMC的生产成本，提高IPMC的驱动性能。同时论文就硅橡胶的性能进行了详细的研究。具体内容如下：
　　低维纳米碳材料替代铂制备IPMC电极。采用聚二烯二甲基氯化铵对碳纳米管和石墨烯进行带电修饰，并分散在甲醇中形成稳定的电解液，在已进行一次化学镀铂的Nafion膜上分别电泳沉积碳纳米管和石墨烯薄膜，制备新型IPMC。电致动性能测试结果表明：碳纳米管修饰的IPMC致动性能优异，3.0V驱动电压下最大输出位移和输出力分别13.90mm，15.72mN，分别是同等条件下铂电极IPMC的94％和77%，生产成本降低约90%。
　　研究了硅橡胶的组成和性能，分别对 PMHS和 PMVS不同质量比的硅橡胶进行ATR-FTIR检测分析，计算Si-H含量。样品的性能用UMT-2试验机测试。测试结果表明：样品法向最大粘附力分别为1.46、4.11、4.73、5.36mN，切向最大粘附力分别为19.89、29.06、33.69、38.14mN。机械性能测试结果表明：PMHS:PMVS比例为1:10的拉伸断裂强度和弹性模量分别为26.87和3.1MPa。
　　利用电化学刻蚀单晶硅，获得直筒多孔硅模板，真空浇铸硅橡胶微纳阵列。并用 THF超声加热条件下对硅橡胶进行溶胀，使PMHS嵌入硅橡胶的网格结构中。利用Pt催化下，聚乙二醇甲基丙烯酸酯和聚四氟乙烯丙烯酸酯中的烯基与Si-H键的硅氢化反应对刚毛阵列进行表面改性，全反射红外光谱监控了整个反应过程，改性后的硅橡胶微纳阵列法向和切向最大粘附力分别为8.77 mN、24.59 mN，水接触角为129.1°。

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缩略词

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 IPMC智能驱动材料的研究进展

1.3 聚合物粘附材料的研究

1.3课题来源和研究意义以及本文主要研究工作

第二章 碳纳米管、石墨烯电极修饰的IPMC致动器制备及性能

2.1 实验原理

2.2 实验试剂及仪器

2.3石墨烯的制备

2.4 IPMC的制备

2.5 IPMC性能测试平台

2.6 样品的性能测试及分析

2.7 本章小结

第三章 Dow Corning 186硅橡胶配制及性能研究

3.1实验试剂及仪器

3.2 四种比例硅橡胶配制

3.3测试及分析

3.4 本章小结

第四章 硅橡胶仿生刚毛阵列的表面单分子膜修饰改性

4.1 实验原理

4.2 实验试剂及仪器

4.3 试验步骤

4.4 测试结果分析

4.5 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 本文主要工作及总结

5.2工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文