一种结构仿生的聚合物致动器及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种结构仿生的聚合物致动器，由一层高分子薄膜和覆盖于高分子薄膜两侧的金属电极所组成，其中高分子薄膜为磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄膜；所述磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄膜，通过先合成磺化嵌段共聚物，然后将磺化嵌段共聚物溶液通过静电纺丝制得取向纳米纤维薄膜，再将此薄膜与Nafion溶液复合，经浇铸静置干燥制得。本发明还提供一种结构仿生的聚合物致动器的制备方法，将磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄膜经过前期处理、离子交换反应、主化学镀反应、锂离子置换和裁剪制得。本发明结构仿生的聚合物致动器具有成本低、性能稳定、结构仿生的优点。
【专利说明】-种结构仿生的聚合物致动器及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能型材料领域，具体涉及一种结构仿生的聚合物致动器及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 电活性聚合物巧lectroactive Polymers/EAP)是一类能够在外电场诱导下，通过 材料内部构造改变产生多种形式的力学响应的材料，可W实现电能和机械能的相互转换。 EAP响应的形式可W有伸缩、弯曲、束紧或膨胀等，从而可W实现牵引、紧固等机械功能。EAP 依据外界刺激的形式可区分成两类：（1)受电场或库伦力；（2)受离子在材料内扩散而形变 的电驱动高分子。第一类高分子称为Electronic EAP，该类型的EAP虽然材质柔软，但是 驱动材料变形的电场却相当大，通常大于lOOMV/m，为避免在人体内使用过程漏电而造成电 击，通常不考虑作为植入体内的医疗器材。第二类的高分子称为Ionic EAP，包括离子聚合 物-金属复合材料（Ionic Polymer-Metal Composites/lPMC),导电性高分子（Conductive polymer/CP)，及纳米碳管（Carbon nanotubes/CNT)，相较于 Electronic EAP,驱动电压一 般低于10伏特，所W可被考虑作为植入式医疗器械的材料。
[0003] 离子聚合物金属复合物材料（IPMC)是一种新型的智能材料，在外加电压的作用 下能产生较大的形变，表现为致动性能。IPMC作为致动器在仿生机器人、柔性低阻尼机 械臂、微致动器等领域有巨大的应用前景。典型的IPMC结构包含一层高分子薄膜及一层 金属电极层覆盖于高分子层两面，形成一个明治"结构。它的作用机理是水合阳离子 在电场作用下，朝着阴极移动，从而引起阴极一侧的水分子浓度偏大，而导致致动器朝阳 极弯曲。在1992年IPMC被3个不同研究团体发现其具有驱动的特殊性质，包含日本的 Oguro等人发现施加一电压时会使IPMC产生形变，美国的Sade曲ipour及化址i吨oor等 人提出的IPMC应用于传感器方面的报告。目前IPMC被开发的科学应用主要有；人机械 界面（Human-Machine inte;rfaces)、飞行器应用（Planetary Applications)、可控制织物 (Controlled weaving)、机器人、生物医疗等。可见，IPMC聚合物致动器具有不可估量的应 用前景。
[0004] 虽然IPMC是很有发展前景的一类智能高分子材料，但是，IPMC的实际应用仍然具 有许多困难。首先，IPMC的性能不够理想，存在使用寿命较短，弯曲应力小，高频响应差，质 量重复性差等等缺点，W致市场上至今不能批量提供性能稳定的IPMC材料；其次，树脂或 者膜价格昂贵也是影响IPMC被广泛应用的一个因素。例如，杜邦Nation树脂的价格就高的 梅人，约为30000元/公斤，即便是国产的全氣賴酸树脂价格（山东东岳集团）也高达20000 元/公斤。第H，IPMC中的电极材料一般采用笛金，众所周知该是一种非常贵的金属材料， 因此大大提高了 IPMC的成本，也不利于IPMC的推广应用。为了实现IPMC致动器的实际应 用，必须寻找可替代Nation膜的廉价的新型聚合物离子交换膜，且同时应大幅提高IPMC致 动器的综合性能。
[0005] 作为IPMC致动器中关键材料的离子聚合物（简称离聚物）有许多种，根据主链结 构，离聚物可w分为全氣賴酸离聚物和碳氨离聚物两大类。全氣賴酸树脂合成工艺十分复 杂，产量很少，价格十分昂贵。碳氨离聚物可W选择通用塑料（如聚苯己帰）作为賴化的基 础树脂，也可W选择工程塑料甚至特种工程塑料（如聚離離丽，聚醜亚胺等）作为原料。该 些非氣化离聚物相对全氣賴酸离子树脂来说，价格要低廉很多，比较贵的如聚讽，聚醜亚胺 等也不过两H百元每公斤。
[0006] 由离聚物来制备离子交换膜，离子膜的内部微观结构决定它的宏观性能。传统的 离子膜采用溶液德铸法或流诞法生产，得到的往往是无定形结构。目前研究者们往往采用 各种途径调控薄膜的微观结构形态，主要方法有；（1)采用嵌段共聚物作为离聚物，该样的 离聚物具有指纹状的相分离的微观形态；(2)采用化学交联或者福射交联的方法，使賴化 聚合物形成交联结构，有利于得到更微细的离子传输通道和更坚初的薄膜；（3)采用共混 改性的方法；(4)采用接枝改性制备接枝共聚物；（5)添加一些导电或亲水的无机粒子进行 复合改性；(6)采用新型成型工艺，如静电纺丝工艺，采用该种工艺制备的离子膜内部微观 结构的优势是阳离子沿着纳米纤维形成的通道传输，该使得质子导电能力有很大提高，使 离子交换膜具有超高质子导电能力。
[0007] 静电纺丝是一种利用高压静电场对粘性溶液或烙体进行拉伸纺丝的技术。静电 纺丝所获纤维具有比表面积高，制备简单，材料及形貌可控，生产效率较高等优点，在生物 技术、医用材料、能源存储等诸多领域有潜在的应用价值，已经受到了全世界科技界及产业 界的广泛关注。我们知道，动物体的肌肉实际上是纤维结构的，肌肉由肌腹和肌膊组成；肌 腹是产生动力的地方，肌腹是由肌肉纤维组成；肌膊是固定肌肉的组织，也是纤维。但目前 的聚合物致动器仅仅是从功能上实现了 "仿生"，即可W根据电流变化呈现出各种复杂的状 态，例如，弯曲、延伸、扭动和收缩等，但结构上并没有实现仿生。如何将IPMC制成具有纤维 的内部微观结构，同时又具有良好的电致动性能，则可W实现结构仿生与功能仿生的有机 统一，该在IPMC制备理论上将是一个突破。
【发明内容】
[0008] 针对现有聚合物致动器中的高分子薄膜性能存在的上述问题，本发明的目的是提 供一种具有优良的力学强度和良好的热稳定性的賴化嵌段共聚物-Nation杂化薄膜。
[0009] 本发明的另一个目的是提供一种W賴化嵌段共聚物-Nation杂化薄膜为原料，制 作成本低、性能稳定的结构仿生的聚合物致动器。
[0010] 本发明的再一个目的是提供一种结构仿生的聚合物致动器的制备方法，该制备方 法具有操作简单，易于推广应用的优点。
[0011] 实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种结构仿生的聚合物致动器，主要由 一层高分子薄膜和覆盖于高分子薄膜两侧的金属电极所组成，所述高分子薄膜为賴化嵌段 共聚物-Nation杂化薄膜；所述賴化嵌段共聚物-Nation杂化薄膜通过先合成賴化嵌段共聚 物，然后将賴化嵌段共聚物溶液通过静电纺丝制得取向纳米纤维薄膜，再将取向纳米纤维 薄膜与Nation溶液复合，经德铸静置干燥制得；其中取向纳米纤维薄膜占杂化薄膜总质量 的 20%?50%。
[0012] 本发明还提供一种賴化嵌段共聚物-Nation杂化薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0013] 1)賴化单体的合成：将25. 4g二氣二苯讽溶于50?55血体积分数为50%的发 烟硫酸中，在160?17(TC下揽拌反应12?1化，反应结束后用4mol/L化OH溶液将反应液 抑值调节至6?7,并加入120?125g化C1，在冰水浴中揽拌反应，至賴化单体结晶形成， 将賴化单体结晶溶在体积分数为80?85%的异丙醇和去离子水混合溶液中，在80?90°C 下纯化产生白色晶体，将纯化后的白色晶体过滤，在100?105C下真空干燥2化，得賴化单 体；
[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：将5. 0850g二氣二苯讽、4. 7578g4, 4'-硫代二苯硫 醇和6. 6340g碳酸钟加入到一个装有揽拌器、导气管、分水器和冷凝管的250mL H 口烧瓶 中，先加入100?120血二甲基己醜胺，在室温下揽拌反应1?化，然后升温至100?105°C 再揽拌反应1?化，接着加入40?45血甲苯，在120?125°C揽拌反应2?化，然后升温 至140?150°C再揽拌反应2?3h，随后又升温至160?165°C揽拌反应3?化，反应结束 后将反应液冷却至室温，用冰醋酸骤冷，然后用体积分数为2:1的甲醇和去离子水的混合 液沉淀出共聚物，将共聚物过滤，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：将2. 5041g 4, 4'-硫代二苯硫醇、4. 4316g步骤1)所得 賴化单体和3. 3168g碳酸钟加入到250mL H 口烧瓶中，加入60?70mL环下讽，先在100? 105C下揽拌反应12?1化，然后升温至180?19(TC，再揽拌反应6?她，反应结束，将反 应液冷却至室温，用冰醋酸骤冷，然后用体积分数为2:1的甲醇和去离子水的混合液沉淀 出共聚物B，将共聚物B过滤，用去离子水充分洗涂，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；称取步骤①所得非賴化共聚嵌段A溶解在二甲基己醜 胺化OmL)中，步骤②所得賴化共聚嵌段B溶解在环下讽化OmL)中，再将溶解了非賴化共聚 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的环下讽溶液中，混合均匀并升 温至140?145C，先混合揽拌反应1?化，然后升温至180?19(TC，反应4?化，反应结 束后将共聚产物用体积分数为2:1的甲醇和去离子水的混合液沉淀，并过滤，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)取向纳米纤维薄膜的制备；将賴化嵌段共聚物用二甲基己醜胺溶解，在100? 11(TC下强力揽拌配制成质量浓度20?30%的溶液，将此溶液于15KV的静电下进行静电纺 丝；得到的取向纳米纤维薄膜先用静液压机在2?3M化下压制2?3min，然后将压制后的 薄膜浸泡在4?6mol/L的H2SO4溶液中，室温下静置24?26h，最后将薄膜用去离子水洗 净，在80?9(TC下真空干燥她；
[0019] 4)賴化嵌段共聚物-Nation杂化薄膜的制备；将质量分数为7?10%的Nation溶液 德铸在盛有步骤3)所得取向纳米纤维薄膜的玻璃模具中，将此混合物在室温下静置一天， 脱去气泡，待溶剂基本挥发后，移入真空干燥箱中，在60?65C下干燥8?12h，然后将真 空干燥箱温度上升至120?125C，再干燥2?化，最后小也将薄膜从玻璃模具中取下来， 即得賴化嵌段共聚物-Nation杂化薄膜。
[0020] 本发明还提供一种结构仿生的聚合物致动器的制备方法，包括如下步骤：
[00川 1)前期处理：
[0022] ①粗化处理；用500?600目的砂纸对权利要求2所得賴化嵌段共聚物-Nation杂 化薄膜进行表面粗化处理；
[0023] ②超声波清洗；使用超声波清洗机对步骤①粗化处理后的杂化薄膜表面进行清 洗；
[0024] ③酸洗和水洗：将超声波清洗后的杂化薄膜放入2?3mol/L的盐酸溶液中浸泡 30?40min，再用去离子水漂洗去除膜内吸附的酸液，然后将漂洗后的杂化薄膜在去离子 水中煮30?35min，使杂化薄膜充分溶胀；
[00幼 2)离子交换反应
[0026] 配制笛盐溶液80?90血，并滴加2?5血氨水溶液，将经步骤1)前期处理的杂化 薄膜30?50cm 2置于该混合溶液中，过夜，完成笛馈阳离子与氨阳离子的置换；
[0027] 如主化学锻反应
[0028] 取经步骤2)离子交换反应后的杂化薄膜30?50cm2,置于500血烧杯中，加入 200?250血去离子水；配制测氨化轴溶液60?65血，在30°C水浴的条件下，每隔20min 滴加4?6mL测氨化轴溶液，总共滴加6?7次，在此过程中，逐步将水浴温度升至60? 65C，最后将剩余的测氨化轴溶液全部加入反应溶液中，在60?65C下恒温反应比，反应 结束后，取出杂化薄膜用去离子水清洗，并置于0. 1?0. 3mol/L的稀盐酸溶液中浸泡比，完 成第一次主化学锻反应；然后再将经过第一次主化学锻反应的杂化薄膜置于笛盐溶液中， 继续离子交换12?1化后，做第二次主化学锻反应；
[0029] 4)裡离子置换
[0030] 将步骤3)主化学锻后的杂化薄膜用去离子水清洗，然后在0. 1?0. 3mol/L稀盐 酸溶液中浸泡0. 5?Ih后，用去离子水漂洗去除膜内吸附的酸液；将清洗后的杂化薄膜浸 泡在2?4mol/L的氯化裡溶液中24小时W上，完成裡离子置换反应；
[003。 W裁剪
[0032] 将步骤4)裡离子置换后的杂化薄膜裁剪成便于进行电致动性能测试的条状，即 得结构仿生的聚合物致动器。
[0033] 相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
[0034] 1、本发明制得的賴化嵌段共聚物（SPTE巧具有优良的力学强度和良好的热稳定 性。
[0035] 2、采用廉价易得的材料制备賴化嵌段共聚物（SPTES)，成本低，具有良好的市场前 岛
[0036] 3、本发明制得的賴化嵌段共聚物（SPTE巧具有微观相分离结构，阳离子沿着纳米 纤维形成通道传输，使得质子导电性更好，有利于产生更多的水合阳离子，水合阳离子在电 场作用下，朝着阴极移动，从而引起阴极一侧的水分子浓度偏大，从而带来更快的电致弯曲 响应。
[0037] 4、本发明采用静电纺丝工艺制备取向纳米纤维薄膜，并将其与Nation溶液复合， 制备出具有结构仿生的賴化嵌段共聚物（SPTES)/Nation杂化薄膜，实现质子交换膜的结构 仿生。
[0038] 5、本发明制得的聚合物致动器，因使用賴化嵌段共聚物（SPTES)/Nation杂化薄 膜，而实现了结构仿生和功能仿生的有机统一。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 图1为本发明结构仿生的聚合物致动器结构示意图；
[0040] 图2为本发明静电纺丝工艺示意图；
[0041] 图3为本发明结构仿生的聚合物致动器在正弦电压（2. 5V，0. IHz)激励下的位移 响应图；
[0042] 图4为本发明賴化嵌段共聚物（SPTES)的热重曲线图；
[0043] 图5为本发明结构仿生的聚合物致动器在直流电压（3V)激励下的响应图1 ;
[0044] 图6为本发明结构仿生的聚合物致动器在直流电压（3V)激励下的响应图2 ;
[0045] 图7是取向纳米纤维在离子导电聚合物基体中的分布示意图；
[0046] 图8是賴化嵌段共聚物的原子力显微照片图1 ;
[0047] 图9是賴化嵌段共聚物的原子力显微照片图2 ;
[0048] 图10是静电纺丝得到的取向纳米纤维薄膜的扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0049] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
[0050] 实施例中，4, 4'-硫代二苯硫醇用甲苯重结晶后干燥备用。其他试剂均为分析纯， 均市售可得；所用Nation为杜邦公司生产，离子交换当量（EW)为llOOg/mol，溶剂为质量比 10 : 9的异丙醇和水制得的混合溶剂。
[00川 实施例1 ;
[0052] 参见图1，本发明结构仿生的聚合物致动器主要由一层高分子薄膜和覆盖于高分 子薄膜两侧的笛电极所组成，其中高分子薄膜为本发明賴化嵌段共聚物（SPTES)-Nafion杂 化薄膜。
[0053] -、賴化嵌段共聚物（SPTES) -Nation杂化薄膜的制备：
[0054] 1)賴化单体（SD抑P巧的合成：
[00巧]将25.4肖二氣二苯讽溶于501111^本积分数为50%的发烟硫酸中，在1601：下揽拌反 应12h，反应结束后用4mol/LNaOH溶液将反应液抑值调节至6,并加入120g化cl,在冰水 浴中揽拌反应，至賴化单体结晶形成，将賴化单体结晶溶在80% (v/v)异丙醇和去离子水 混合溶液中，在8(Tc下纯化产生白色晶体，将纯化后的白色晶体过滤，在locrc下真空干燥 2化，得賴化单体（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] 将5. 0850g二氣二苯讽、4. 7578g4, 4'-硫代二苯硫醇和6. 6340g碳酸钟加入到一 个装有揽拌器、导气管、分水器和冷凝管的250血H 口烧瓶中，先加入100血二甲基己醜胺， 在室温下揽拌反应比，然后升温至lOCrC再揽拌反应比，接着加入40血甲苯，在12(TC揽拌 反应化，然后升温至14(TC再揽拌反应化，随后又升温至16(TC揽拌反应化，反应结束后将 反应液冷却至室温，用冰醋酸骤冷，然后用2:l(v/v)甲醇和去离子水的混合液沉淀出共聚 物，将共聚物过滤，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 ;反应方程式如下：
[0059]
【权利要求】
1. 一种结构仿生的聚合物致动器，主要由一层高分子薄膜和覆盖于高分子薄膜两侧的 金属电极所组成，其特征在于：所述高分子薄膜为磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄膜；所述 磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄膜通过先合成磺化嵌段共聚物，然后将磺化嵌段共聚物溶 液通过静电纺丝制得取向纳米纤维薄膜，再将取向纳米纤维薄膜与Nafion溶液复合，经浇 铸静置干燥制得；其中取向纳米纤维薄膜占杂化薄膜总质量的20%?50%。
2. -种磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 磺化单体的合成：将25. 4g二氟二苯砜溶于50?55mL体积分数为50%的发烟硫酸 中，在160?170°C下搅拌反应12?14h，反应结束后用4mol/LNaOH溶液将反应液pH值调 节至6?7,并加入120?125gNaCl，在冰水浴中搅拌反应，至磺化单体结晶形成，将磺化单 体结晶溶在体积分数为80?85%的异丙醇和去离子水混合溶液中，在80?90°C下纯化产 生白色晶体，将纯化后的白色晶体过滤，在100?l〇5°C下真空干燥24h，得磺化单体； 2) 磺化嵌段共聚物的合成： ① 非磺化共聚嵌段A的合成：将5. 0850g二氟二苯砜、4. 7578g4, 4' -硫代二苯硫醇和 6. 6340g碳酸钾加入到一个装有搅拌器、导气管、分水器和冷凝管的250mL三口烧瓶中，先 加入100?120mL二甲基乙酰胺，在室温下搅拌反应1?2h，然后升温至100?105°C再 搅拌反应1?2h，接着加入40?45mL甲苯，在120?125°C搅拌反应2?3h，然后升温至 140?150°C再搅拌反应2?3h，随后又升温至160?165°C搅拌反应3?4h，反应结束后将 反应液冷却至室温，用冰醋酸骤冷，然后用体积分数为2:1的甲醇和去离子水的混合液沉 淀出共聚物，将共聚物过滤，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：将2. 5041g4, 4'-硫代二苯硫醇、4. 4316g步骤1)所得磺化 单体和3. 3168g碳酸钾加入到250mL三口烧瓶中，加入60?70mL环丁砜，先在100?105°C 下搅拌反应12?14h，然后升温至180?190°C，再搅拌反应6?8h，反应结束，将反应液冷 却至室温，用冰醋酸骤冷，然后用体积分数为2:1的甲醇和去离子水的混合液沉淀出共聚 物B，将共聚物B过滤，用去离子水充分洗涤，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：称取步骤①所得非磺化共聚嵌段A溶解在二甲基乙酰胺 (60mL)中，步骤②所得磺化共聚嵌段B溶解在环丁砜^OmL)中，再将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的环丁砜溶液中，混合均匀并升温 至140?145°C，先混合搅拌反应1?2h，然后升温至180?190°C，反应4?6h，反应结束 后将共聚产物用体积分数为2:1的甲醇和去离子水的混合液沉淀，并过滤，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) 取向纳米纤维薄膜的制备：将磺化嵌段共聚物用二甲基乙酰胺溶解，在100?110°C 下强力搅拌配制成质量浓度20?30%的溶液，将此溶液于15KV的静电下进行静电纺丝； 得到的取向纳米纤维薄膜先用静液压机在2?3MPa下压制2?3min，然后将压制后的薄膜 浸泡在4?6mol/L的H2S04溶液中，室温下静置24?26h，最后将薄膜用去离子水洗净，在 80?90°C下真空干燥8h ; 4) 磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄膜的制备：将质量分数为7?10%的Nafion溶液浇 铸在盛有步骤3)所得取向纳米纤维薄膜的玻璃模具中，将此混合物在室温下静置一天，脱 去气泡，待溶剂基本挥发后，移入真空干燥箱中，在60?65°C下干燥8?12h，然后将真空 干燥箱温度上升至120?125°C，再干燥2?3h，最后小心将薄膜从玻璃模具中取下来，即 得磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄膜。
3. 根据权利要求2所述磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄膜的制备方法，其特征在于， 步骤2)中根据非磺化共聚嵌段A和磺化共聚嵌段B的摩尔比不同，分别制备SPTES-50、 SPTES-60、SPTES-70、SPTES-80和SPTES-90 ;其中当非磺化共聚嵌段A和磺化共聚嵌段B的 摩尔比为5:5时，制备得SPTES-50 ;摩尔比为4:6时，制备得SPTES-60 ;摩尔比为3:7时，制 备得SPTES-70 ;摩尔比为2:8时，制备得SPTES-80 ;摩尔比为1:9时，制备得SPTES-90。
4. 根据权利要求2所述磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄膜的制备方法，其特征在于，步 骤3)中所述静电纺丝，纺丝速率为1. OmL/h，固定阳极/针头和阴极/铝箔之间的距离为 20 ?25cm。
5. 根据权利要求2所述磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄膜的制备方法，其特征在于，步 骤4)中所述Nafion的离子交换当量（EW)为1100g/mol。
6. 根据权利要求2所述磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄膜的制备方法，其特征在于，步 骤4)中所述取向纳米纤维薄膜占杂化薄膜总质量的20 %?50 %。
7. -种结构仿生的聚合物致动器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 1) 前期处理： ① 粗化处理：用500?600目的砂纸对权利要求2所得磺化嵌段共聚物-Nafion杂化薄 膜进行表面粗化处理； ② 超声波清洗：使用超声波清洗机对步骤①粗化处理后的杂化薄膜表面进行清洗； ③ 酸洗和水洗：将超声波清洗后的杂化薄膜放入2?3mol/L的盐酸溶液中浸泡30? 40min，再用去离子水漂洗去除膜内吸附的酸液，然后将漂洗后的杂化薄膜在去离子水中煮 30?35min，使杂化薄膜充分溶胀； 2) 离子交换反应 配制钼盐溶液80?90mL，并滴加2?5mL氨水溶液，将经步骤1)前期处理的杂化薄膜 30?50cm2置于该混合溶液中，过夜，完成钼铵阳离子与氢阳离子的置换； 3) 主化学镀反应 取经步骤2)离子交换反应后的杂化薄膜30?50cm2,置于500mL烧杯中，加入200? 250mL去离子水；配制硼氢化钠溶液60?65mL，在30°C水浴的条件下，每隔20min滴加4? 6mL硼氢化钠溶液，总共滴加6?7次，在此过程中，逐步将水浴温度升至60?65°C，最后 将剩余的硼氢化钠溶液全部加入反应溶液中，在60?65°C下恒温反应lh,反应结束后，取 出杂化薄膜用去离子水清洗，并置于〇. 1?〇. 3mol/L的稀盐酸溶液中浸泡lh，完成第一次 主化学镀反应；然后再将经过第一次主化学镀反应的杂化薄膜置于钼盐溶液中，继续离子 交换12?14h后，做第二次主化学镀反应； 4) 锂离子置换 将步骤3)主化学镀后的杂化薄膜用去离子水清洗，然后在0. 1?0. 3mol/L稀盐酸溶 液中浸泡0. 5?lh后，用去离子水漂洗去除膜内吸附的酸液；将清洗后的杂化薄膜浸泡在 2?4mol/L的氯化锂溶液中24小时以上，完成锂离子置换反应； 5) 裁剪 将步骤4)锂离子置换后的杂化薄膜裁剪成便于进行电致动性能测试的条状，即得结 构仿生的聚合物致动器。
8. 根据权利要求7所述结构仿生的聚合物致动器的制备方法，其特征在于，步骤2)中 所述钼盐溶液浓度为2?4mg/mL，氨水溶液质量浓度为5?7%。
9. 根据权利要求7所述结构仿生的聚合物致动器的制备方法，其特征在于，步骤3)中 所述硼氢化钠溶液质量浓度为5?7%，钼盐溶液浓度为2?4mg/mL。
10. 根据权利要求7所述结构仿生的聚合物致动器的制备方法，其特征在于，步骤4)中 所述氯化锂溶液浓度为2?4mol/L。
【文档编号】D06M15/256GK104389173SQ201410735951
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月5日 优先权日:2014年12月5日
【发明者】王选伦, 黄伟九, 盛旭敏, 杨朝龙, 夏天 申请人:重庆理工大学