離子型電活性聚合物

第1章　離子交換聚合物-金屬復(fù)合材料 1
1.1　概述 2
1.2　IPMC的驅(qū)動平臺和性能評價系統(tǒng) 5
1.2.1　IPMC的驅(qū)動平臺 5
1.2.2　IPMC的驅(qū)動、測試平臺設(shè)置 7
1.3　制約IPMC電致動響應(yīng)的因素 12
1.3.1　聚合物母體膜 12
1.3.2　電極 21
1.3.3　溶劑化電解質(zhì)離子 29
1.3.4　驅(qū)動信號 31
1.4　金屬電極的封裝 31
1.4.1　電鍍PEDOT 32
1.4.2　納米銀dip-coating 39
1.5　IPMC電致動理論模型 50
1.5.1　電學(xué)模型 50
1.5.2　電場作用下水合陽離子的遷移 53
1.5.3　水分子的自由擴(kuò)散 56
1.5.4　水分子的濃度分布 57
1.5.5　含水量分布 57
1.5.6　IPMC基底膜應(yīng)變和應(yīng)力與含水量的關(guān)系 58
1.5.7　彎矩的計算 59
1.5.8　位移輸出與實驗驗證 59
1.5.9　IPMC直流電壓下的模擬 59
1.5.10　IPMC階梯電壓下的模擬 63
1.5.11　IPMC正弦電壓下的模擬 64
本章小結(jié) 67

第2章　全氟磺酸聚合物膜IPMC電驅(qū)動器 69
2.1　全氟磺酸聚合物 70
2.1.1　全氟磺酸系列聚合物 70
2.1.2　化學(xué)結(jié)構(gòu) 70
2.1.3　基本的物理化學(xué)性能 72
2.1.4　微觀結(jié)構(gòu)模型 77
2.1.5　高分辨TEM圖片 79
2.2　Nafion基IPMC的驅(qū)動性能與優(yōu)化 80
2.2.1　多孔二氧化硅/Nafion雜化膜的制備與IPMC性能 82
2.2.2　磺化SiO2納米膠雜化Nafion復(fù)合膜的制備與IPMC性能 87
2.2.3　磺酸化氧化石墨烯雜化Nafion的制備與IPMC性能 97
2.3　Nafion膜IPMC的應(yīng)用 102
2.3.1　水下機(jī)構(gòu) 102
2.3.2　真空下機(jī)構(gòu) 103
2.3.3　生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 104
2.3.4　仿壁虎可逆黏附膠帶 106
2.4　IPMC撲翼仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計與數(shù)值模擬 117
2.4.1　昆蟲的飛行機(jī)理 118
2.4.2　IPMC驅(qū)動撲翼機(jī)構(gòu)的設(shè)計 119
2.4.3　有限元模型的建立與前處理 121
2.4.4　不同俯仰函數(shù)對氣動性能的影響 124
2.4.5　不同飛行參數(shù)對升阻力的影響 126
2.4.6　滑翔狀態(tài)氣動力分析 131
本章小結(jié) 134

第3章　聚偏二氟乙烯膜IPMC電驅(qū)動器 136
3.1　聚偏二氟乙烯的物理、化學(xué)性能 137
3.1.1　聚偏二氟乙烯概述 137
3.1.2　PVDF的親水性 139
3.1.3　PVDF的多孔度 140
3.1.4　PVDF共聚物 145
3.2　PVDF基底膜的IPMC電驅(qū)動器 146
3.2.1　離子液驅(qū)動的純PVDF膜IPMC 147
3.2.2　離子液驅(qū)動的PVDF膜共聚物IPMC 148
3.2.3　水驅(qū)動的PVDF雜化膜IPMC 148
3.3　水和離子液驅(qū)動的PVDF多孔膜IPMC電驅(qū)動器 149
3.3.1　實驗部分 150
3.3.2　結(jié)果和討論 152
3.4　PVDF衍生物的制備及IPMC應(yīng)用 167
3.4.1　概述 167
3.4.2　磺酸化PVDF衍生物膜制備與表征 168
3.4.3　PVDF粉末中烯基含量的定量分析 168
3.4.4　PVDF的接枝表征 170
3.4.5　PVDF基多孔膜性能表征 171
3.4.6　PVDF基IPMC的制備與形態(tài)表征 172
3.4.7　IPMC機(jī)電響應(yīng)的研究 173
3.5　PVDF膜IPMC的應(yīng)用 174
3.5.1　PVDF膜IPMC電驅(qū)動器 174
3.5.2　PVDF膜應(yīng)變傳感器 175
3.5.3　Nafion膜應(yīng)變傳感器 177
3.5.4　Nafion/PVDF耦合應(yīng)變傳感器 178
本章小結(jié) 180

第4章　其他聚合物膜IPMC電驅(qū)動器 182
4.1　聚砜基IPMC 183
4.1.1　聚砜的結(jié)構(gòu)與性能 183
4.1.2　聚砜的磺酸化與IPMC應(yīng)用 183
4.1.3　磺化聚砜（SPSU）和SPSU膜的制備 184
4.1.4　聚砜衍生物的磺酸化與IPMC應(yīng)用 185
4.2　聚苯乙烯基IPMC 196
4.2.1　純SPS聚合物IPMC 197
4.2.2　SPS嵌段共聚物IPMC 197
4.2.3　SPS接枝共聚物IPMC 201
4.3　聚醚酮基IPMC 202
4.3.1　磺化聚醚醚酮的制備 202
4.3.2　磺化聚醚醚酮膜IPMC 203
4.4　聚乙烯醇基IPMC 204
4.4.1　磺化聚乙烯醇基IPMC 204
4.4.2　磺化聚乙烯醇雜化膜IPMC 205
本章小結(jié) 205

第5章　其他類型的離子型電活性聚合物 207
5.1　導(dǎo)電聚合物基驅(qū)動器 208
5.1.1　導(dǎo)電聚合物概述 209
5.1.2　導(dǎo)電聚合物驅(qū)動器的材料基礎(chǔ)和致動機(jī)理 209
5.1.3　導(dǎo)電聚合物驅(qū)動器的應(yīng)用 214
5.2　生物質(zhì)離子型電活性聚合物 216
5.2.1　纖維素驅(qū)動器 216
5.2.2　聚合物摻雜纖維素膜驅(qū)動器 218
5.2.3　CP增強(qiáng)的纖維素膜驅(qū)動器 219
本章小結(jié) 219

參考文獻(xiàn) 220