[发明专利]基于IPMC电活性聚合物的主动减阻材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于IPMC电活性聚合物的主动减阻材料及其制备方法，将具有仿生鲨鱼盾鳞微结构的硅片放入石英玻璃模具中，再将Nafion溶液和N,N‑二甲基甲酰胺的混合溶液倒入石英玻璃模具中，然后加热成膜后退火，获得具有微结构的Nafion膜；采用化学镀的方法在具有微结构的Nafion膜表面沉积贵金属电极层，得到表面具有微结构的IPMC电活性聚合物，剪裁，得到基于IPMC电活性聚合物的主动减阻材料。本发明基于IPMC的主动减阻表面结合传统减阻表面的微结构，可以满足各种复杂的流场环境，极大的拓宽了仿生表面的应用条件，并大大提高表面的减阻性能。

技术领域

本发明涉及基于IPMC电活性聚合物的主动减阻材料及其制备方法，属于仿生材料减阻领域。

背景技术

减阻技术可以应用于航海、航空、地面交通工具以及管道运输等工程实践中，具有很大的经济价值，一直是国内外研究的热点问题之一。目前常用的减阻技术有柔性表面减阻，自清洁表面减阻和非光滑表面减阻等，这些减阻技术表面的沟槽等微结构通常采用机械加工和模板复制等方法在基材表面加工形成非光滑微观形貌。这种加工形成的表面形貌一旦成型就无法改变，所以这样的减阻表面只能在特定的流场环境中使用，当水流速度和流场边界条件改变时，它的减阻效果就会逐渐减弱甚至出现增阻现象，其应用具有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于克服传统的减阻技术表面形貌固定，不能动态变化，减阻过程中不能动态调整微结构导致的减阻效果减弱，应用受限的问题。本发明提供一种基于IPMC电活性聚合物的主动减阻表面及其制备方法，基于IPMC电活性材料的减阻表面，可以根据流场环境改变表面微观形貌，使其始终处于最佳的减阻结构，大大提高了表面的减阻性能，能在复杂多变的流场环境中仍然保持较好的减阻效果，改进了现有的表面减阻技术。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

基于IPMC电活性聚合物的主动减阻材料的制备方法，将具有仿生鲨鱼盾鳞微结构的硅片放入石英玻璃模具中，再将Nafion溶液和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液倒入石英玻璃模具中，然后加热成膜后退火，获得具有微结构的Nafion膜；

采用化学镀的方法在具有微结构的Nafion膜表面沉积贵金属电极层，得到表面具有微结构的IPMC电活性聚合物，剪裁，得到基于IPMC电活性聚合物的主动减阻材料。

本发明的进一步的改进在于，仿生鲨鱼盾鳞微结构包括若干微单元，每个微单元为对称结构，每个单元包括中心凸起，中心凸起的一侧设置有第一凸起与第二凸起，中心凸起的另一侧对称设置有第三凸起与第四凸起；第一凸起的长度小于中心凸起，第二凸起的长度小于第三凸起。

本发明的进一步的改进在于，Nafion溶液和N,N-二甲基甲酰胺的体积比为4:1。

本发明的进一步的改进在于，加热成膜的具体过程为：在60-70℃加热20-26h成膜，然后在90-100℃保持3-4h，最后于125-135℃保持0.5-1.5h。

本发明的进一步的改进在于，采用化学镀的方法在具有微结构的Nafion膜表面沉积贵金属电极层，得到表面具有微结构的IPMC电活性聚合物的具体过程为：将具有微结构的Nafion膜经过离子吸附、主化学镀、次化学镀和离子交换，得到表面具有微结构的IPMC电活性聚合物。

本发明的进一步的改进在于，离子吸附的具体过程为：将[Pt(NH₃)₄]Cl₂)加入到水中，然后加入5wt％的氨水溶液，得到混合液；在室温和避光条件下，将具有微结构的Nafion膜浸泡在混合溶液中12-14h，使得每平方厘米膜上铂的质量为3-3.5mg；其中，[Pt(NH₃)₄]Cl₂)与氨水溶液的比为257-300mg：1mL。