新型纳米IPMC的设计合成及其机电性能研究

离子聚合物-金属复合材料（IPMC）作为一种柔性电活性材料，在传感器、柔性致动器、人工肌肉、仿生机器人等方面有广阔的应用前景。IPMC用膜目前广泛采用全氟离子聚合物膜，有相对功率高及变形大的优点，但其绝对电致驱动力小，在直流电作用下变形回复，且价格昂贵，严重影响其实际应用。本项目基于全氟离子聚合物膜团簇结构，用无机纳米流体功能壳层与离聚物的相互作用调控其聚集态结构，以调节溶剂分散及迁移行为。拟设计合成无溶剂的功能化硅、碳纳米流体，增强IPMC膜的均匀性和功能性；拟合成有相分离结构的三嵌段离聚物；基于逾渗理论，用功能基团特性调节IPMC组分间作用行为，获得有三维网状结构的IPMC复合膜。本项目的研究可望控制IPMC三维结构，增强膜机械性能及膜与溶剂作用力，改善变形回复及驱动力低性能。本研究对揭示离聚物-无机纳米流体作用机理，优化IPMC致动性能，实现其在仿生学等领域应用具有重要的科学意义。

该项目现已完成了预定研究计划，取得的主要成果有：发表了SCI论文3篇，EI论文3篇，核心期刊1篇。其中，发表在Sensor and Actuator 上的影响因子为3.5。三年内共培养硕士生4名。该项目的顺利完成为今后的研究工作奠定了坚实的研究基础。.具体工作与取得的进展概述如下：.采用通过化学氧化法改性碳纳米管，经酯化过程制备PEG为有机相的CNT纳米流体，在Nafion中能够形成单分散凝胶。机电性能测试结果表明，纳米流体CNT的添加较纯聚合物Nafion,其致动力提高了2倍，变形性提高了2.4倍；采用溶胶-凝胶法制备介孔二氧化硅，通过调节磺酸偶联剂量，原位生成功能化SBA-15。结果表明，功能化的二氧化硅介孔材料的离子交换性、孔隙率、比表面积与介孔材料的形貌结构有关，硅源的组成对介孔材料的形貌结构有重要影响。通过溶液注膜法制备介孔硅-Nafion复合膜，功能化介孔硅结构及添加量影响复合材料的溶胀性、离子导电性；采用氧化还原法制备氧化石墨烯，采用自由基共聚法制备了非氟离子聚合物甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸共聚物P（MMA-co-AA）， 通过控制ＡＡ含量控制离子基团的含量，采用碳纳米管作为致动器电极，并研究了复合材料的溶胀性、导电性及致动性；采用阳离子聚合法制备嵌段共聚物聚（苯乙烯-异丁烯-甲基苯乙烯）。嵌段聚合物经磺化制备离子聚合物磺化聚（苯乙烯-异丁烯-甲基苯乙烯）合聚（苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯），通过磺化剂的用量调节聚合物的离子基团含量，经溶液注膜法制备嵌段离聚物膜，以聚吡咯为电极制备有机电极致动器,研究了聚合物结构与致动性的关系；采用固相原位聚合法合成非氟离子聚合物离子聚合物聚（乙烯醇-丁二酸-磺酸基间苯二甲酸），并通过此方法一步生成了氧化石墨烯复合物，复合材料结构与致动性关系正在研究中。