专利名称：基于离子聚合物金属复合物的有限转角装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种转轴转角装置，尤其是涉及一种基于离子聚合物金属复合物的有限转角装置。
背景技术：
离子聚合物金属复合物是一种离子型的电致动聚合物，由于离子聚合物金属复合物材料具有质量轻、质地柔软、有弹性、响应速度快等特点，而且在低电压激励下可产生较大变形以及较好的生物兼容性，因此近几年成为了研究热点。在外加电场的作用下，离子聚合物金属复合物材料内部的离子会带动水分子发生迁移而导致沿厚度方向形成压力差产生变形。目前关于离子聚合物金属复合物的研究主要集中在改善离子聚合物金属复合 物的性能，以及对其的控制方面，而对其应用的研究却很少。从目前已发表的文献来看，其应用研究主要集中在驱动器方面，而将离子聚合物金属复合物作为驱动器用于有限转角装置的研究更少。传统的有限转角的装置大多是利用电磁驱动，存在整体结构复杂、质量大而且有明显噪音等缺点。公开号为CN102748441A的中国专利提供一种在丝杠上作直线运动的丝母带动连杆实现转动构件的有限转角运动，但存在结构质量重，机构之间运动的传递使得能量的利用效率降低。公开号为CN101345459A的中国专利申请提供一种新型有限转角电动机，采用无刷电磁结构,体积小,质量轻,但材料的要求较高而且结构复杂,造价高。
发明内容
本发明的目的是提供结构简单、能量利用效率高、噪声小、空间利用率高的一种基于离子聚合物金属复合物的有限转角装置。本发明设有电源控制器、驱动器、电极、限位件、转轴和转轴支撑体；电源控制器通过导线与电极连接，电极固于转轴支撑体上，驱动器与电极连接，限位件下端与驱动器间隙配合，限位件上端与转轴连接，转轴与转轴支撑体转动配合；所述驱动器为离子聚合物金属复合物驱动器。所述驱动器可为长方形、半圆形或三角形片状驱动器，由离子聚合物金属复合物的膜层组合构成。所述电极可为铜电极。所述限位件可为L字形杆、圆弧形杆等不同形状的限位件，限位件设有限位槽，所述驱动器一端位于该限位槽中。所述转轴支撑体可为绝缘材料的圆管状或其他几何状的转轴支撑体，内设轴承，所述转轴通过轴承与转轴支撑体转动配合。所述驱动器、电极和限位件共同构成驱动装置，驱动装置的数量最好设2 4组，以所述转轴为基准，各组驱动装置对称设置。
所述离子聚合物金属复合物是由离子交换树脂(有全氟磺酸基的离子交换膜以及全氟羧基的离子交换膜等)与贵金属(如钼、银等)电极组成的复合材料，可以通过化学镀的方法获得。下面给出离子聚合物金属复合物的制备方法:I) Nafion离子交换膜的预处理:裁剪50mmX IOmm左右的Naf ion膜片，用细砂纸(1500#)在其表面均匀打磨。打磨完成放入去离子水中超声清洗0.5h，然后将膜放入0.5mol/L的稀硫酸中80°煮lh，取出膜，用去离子水反复清洗，并在去离子水中加热煮沸30min，取出膜，放入双氧水(15%)中加热煮沸30min，再用去离子水清洗，加热煮沸30min，以使膜充分溶胀，清洗预处理完毕。2)离子交换过程:配置好含Pt浓度为2mg/ml的钼氨复合物([Pt(NH3)JCl2)，Pt的含量根据所镀Nafion膜的面积计算，一般每Icm2面积Nafion膜上至少有3mg的Pt。对于面积为IOcm2的Nafion膜，至少需要15ml的2mg/ml的钼氨复合物([Pt(NH3)JCl2)水溶液。在浸泡的过程中，向溶液中添加l/3ml氨水溶液(5%NH3.H2O)来中和，在室温，密闭的条件下将膜浸泡于混合溶液中3h以上(通常放整晚)。(保证膜上3mg/cm2的Pt, Icm2对应l/30ml的氨水)3)—次金属还原过程:将面积为IOcm2的Nafion膜放在 盛 有108ml去离子水的水浴锅中，开始在40°C下水浴。然后每隔30min加入2/3ml质量分数为0.5%的硼氢化钠(NaBH4)水溶液，共7次，逐步将温度升高到60°C。还原剂的数量必须与膜的面积成比例。最后一次添加20/3ml还原剂，并且在60°C的温度下搅拌1.5h,以保证充分反应。纳米级Pt颗粒只在Nafion膜的表面及接近表面的区域沉积。(Icm2对应l/15ml的硼氢化钠(NaBH4))一次还原过程反应机理为:NaBH4+4 [Pt (NH3) 4] 2++80H_ — 4Pt+16NH3+NaB02+6H20第一次还原完成后，用超纯水清洗，并放入0.lmol/L的稀盐酸中40°C超声波振荡
0.5h ；4) 二次金属还原:最后放入[Pt (NH3)JCl2溶液与氨水的混合液中(水浴40°C )，膜表面积IOcm2左右，大约需要15ml的Pt盐溶液与2ml的5%氨水，每隔30min滴加还原剂Iml的0.5%的氯化羟胺与0.5ml20%的水合肼溶液(2: I )，并逐步升温到60°C，直至溶液中无[Pt(NH3)4]2+络合离子存在，逐步升温过程至少需要1.5 2h，即每IOmin升高2°C左右，反应完成后得到薄膜状物质(保证膜上2mg/cm2的Pt，还原剂氯化羟胺的量是膜面积的十分之一)，该薄膜状物质即为离子聚合物金属复合物。与现有技术比较，本发明具有如下突出优点:由于驱动器是由离子聚合物金属复合物构成，电源控制器通过电极提供驱动电压可使驱动器发生弯曲变形；驱动器变形带动限位件及转轴转动(有限转角)，限位件同时限制驱动器的运动范围，从而实现有限转角装置的运行。本发明可用于机电等许多领域。
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施例方式参见图1，本发明实施例设有电源控制器1、驱动器3、电极2、限位件4、转轴5和转轴支撑体6。电源控制器I通过导线与电极2连接，电极2固于转轴支撑体6上，驱动器3与电极2连接，限位件4下端与驱动器3间隙配合，限位件4上端与转轴5连接，转轴5与转轴支撑体6转动配合；所述驱动器I为离子聚合物金属复合物驱动器。
所述驱动器I为长方形片状驱动器，由离子聚合物金属复合物的膜层组合构成。所述电极2为铜电极。所述限位件4为L字形杆，限位件4设有限位槽，所述驱动器I 一端位于限位槽中。所述转轴支撑体6为管，管内设有轴承(图中未画出)，所述转轴5通过轴承与转轴支撑体6转动配合。所述驱动器1、电极2和限位件4共同构成驱动装置，驱动装置的数量为4组，以所述转轴5为基准，各组驱动装置对称设置。
权利要求
1.基于离子聚合物金属复合物的有限转角装置，其特征在于设有电源控制器、驱动器、电极、限位件、转轴和转轴支撑体； 电源控制器通过导线与电极连接，电极固于转轴支撑体上，驱动器与电极连接，限位件下端与驱动器间隙配合，限位件上端与转轴连接，转轴与转轴支撑体转动配合；所述驱动器为离子聚合物金属复合物驱动器。
2.如权利要求1所述的基于离子聚合物金属复合物的有限转角装置，其特征在于所述驱动器为长方形、半圆形或三角形片状驱动器，由离子聚合物金属复合物的膜层组合构成。
3.如权利要求1所述的基于离子聚合物金属复合物的有限转角装置，其特征在于所述电极为铜电极。
4.如权利要求1所述的基于离子聚合物金属复合物的有限转角装置，其特征在于所述限位件为L字形杆或圆弧形杆，限位件设有限位槽，所述驱动器一端位于该限位槽中。
5.如权利要求1所述的基于离子聚合物金属复合物的有限转角装置，其特征在于所述转轴支撑体为圆管状的绝缘材料转轴支撑体，转轴支撑体内设轴承，所述转轴通过轴承与转轴支撑体转动配合。
6.如权利要求1所述的基于离子聚合物金属复合物的有限转角装置，其特征在于所述驱动器、电极和限位件共同构成驱动装置，驱动装置的数量设至少2组，以所述转轴为基准，各组驱动装置为阵列设置。
7.如权利要求1所述的基于离子聚合物金属复合物的有限转角装置，其特征在于所述阵列设置是以所述转轴为基准， 各组驱动装置处于转轴的相同轴向距离位置上，且呈对称分布；或者是各组驱动装置处于转轴的不同轴向距离位置上，且呈阶梯式分布。
全文摘要
基于离子聚合物金属复合物的有限转角装置，涉及一种转轴转角装置。提供结构简单、能量利用效率高、噪声小、空间利用率高的一种基于离子聚合物金属复合物的有限转角装置。设有电源控制器、驱动器、电极、限位件、转轴和转轴支撑体；电源控制器通过导线与电极连接，电极固于转轴支撑体上，驱动器与电极连接，限位件下端与驱动器间隙配合，限位件上端与转轴连接，转轴与转轴支撑体转动配合；所述驱动器为离子聚合物金属复合物驱动器。所述离子聚合物金属复合物是由离子交换树脂与贵金属电极组成的复合材料，可以通过化学镀的方法获得。
文档编号H02N2/00GK103219915SQ20131015655
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月28日 优先权日2013年4月28日
发明者赵扬, 徐兵, 孙道恒, 何广奇, 邱小椿, 庄明凤, 王伟, 黄伟伟 申请人:厦门大学