王茂林，于 敏，何青松，刘志刚

通过非对称电极实现IPMC单向弯曲

王茂林1，2，于 敏1，何青松1，刘志刚1，2

（1．南京航空航天大学仿生结构与材料防护研究所，南京200016；2．南京航空航天大学材料科学与技术学院，南京200016）

针对常规对称电极的离子聚合物⁃金属复合材料（IPMC）在交流信号的作用下仅能够产生往复摆动这种单一运动形式对其开发利用的限制，通过在传统IPMC铂电极表面的一侧镀铜制备出非对称电极IPMC，实现了IPMC的单向弯曲。利用扫描电镜对样品铂电极层表面镀铜的厚度观察，结果显示在IPMC电极一侧分别电镀1Ʊ 01 μm、2Ʊ 59 μm、3Ʊ 80 μm铜层；通过激光位移传感器对样品末端的位移进行测试，结果表明，在正弦电压信号的激励下，非对称电极的IPMC有单向弯曲的趋势，当镀铜层厚度达到3Ʊ 80 μm，即铜层厚度与铂层厚度之比达到2Ʊ 06时，IPMC正向最大位移与负向最大位移相差5倍，单向弯曲的趋势明显，且倾向于向更厚的铂铜复合镀层方向弯曲。

IPMC；柔性材料；非对称电极；单向弯曲

1 引言

电活性聚合物具有特殊的机电耦合特性，在电场刺激下能够产生一定的变形，离子聚合物⁃金属复合材料（Ionic Polymer⁃Metal Composites，IPMC）是一种新型的离子型电活性聚合物，由中间的离子交换膜和两侧的金属层构成，具有类似三明治的结构［1］。与传统的电活性材料相比，IPMC具有驱动电压低、变形相对较大、质量轻以及反应迅速等优点，因此越来越引起研究者的关注［1⁃2］。其致动机理主要是：在交流电场的作用下，IPMC基膜内可移动水合阳离子由阳极向阴极移动，导致阴极的水合阳离子增多，阳极的水合阳离子减少，宏观上表现为阳极收缩，阴极膨胀，因此IPMC向阳极弯曲［3］。……