[发明专利]一种层状结构高导电聚合物柔性驱动器及制备方法

说明书

本发明公开了一种层状结构高导电聚合物柔性驱动器及制备方法，本发明采用商用的PEDOT:PSS溶液作为薄膜制备的主体材料，1‑丁基‑3‑甲基咪唑对甲苯磺酸盐作为引发剂，掺杂态聚苯胺作为导电添加剂增强薄膜的导电性，采用模板法制备电极薄膜，与传统的柔性驱动器相比，本发明的制备方法和工艺过程简单，有效地节约制作成本，成型后的薄膜厚度可以达到20‑30微米，三层驱动器厚度可以达到160‑220微米，制作的驱动器可以摆脱在电解液中工作的束缚，具有低电压，响应快，大应变和大应力等优点。这种导电聚合物柔性驱动器在软体机器人、人造肌肉、生物医疗、柔性传感器领域有着广阔的应用前景和重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及材料领域，本发明涉及一种层状结构高导电聚合物柔性驱动器及制备方法。

背景技术

与传统刚性驱动器相比，软体(柔性)驱动器具有环境适应性强、柔性化、质量轻、成本低等优点。导电聚合物是制作软体驱动器的一种常见材料，如聚乙炔(PA)、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPY)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)等导电聚合物不仅具有导电性能，还表现出一些特殊性能，如电子、磁性、润湿、光学性能、机械性能和微波吸收性能。导电聚合物虽然具有高的电导率，针对一些对电导率有更高要求的材料，导电聚合物本身的电导率不能满足要求，此时就需要借助高导电剂的添加来提高其电导率。目前已经有很多人研究了柔性驱动器，但柔性驱动器还存在驱动应变小、应力小、响应速度慢等问题，本发明通过选用高导电的聚合物PEDOT:PSS，其物理化学性质稳定，在制作电极薄膜的过程中加入导电添加剂和引发剂，再结合工艺过程的优化制备了一种响应快、大应变的导电聚合物柔性驱动器。

发明内容

本发明主要是解决目前导电聚合物柔性驱动器存在应变小、应力小、响应速度慢等问题，提出了一种层状结构高导电聚合物柔性驱动器及制备方法，材料选择具有物理化学性质稳定和高导电的聚合物PEDOT:PSS，制备了一种层状结构高导电聚合物柔性驱动器。

一种层状结构高导电聚合物柔性驱动器的制备方法，过程如下：

步骤一：在导电聚合物PEDOT:PSS溶液中加入掺杂态聚苯胺作为导电添加剂，第一次搅拌后加入引发剂1-丁基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐，1-丁基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐能够减弱PEDOT与PSS间的相互作用，促进PEDOT:PSS分子链的分离并重新结合，可以提高电极导电性，再次搅拌后超声溶液；

步骤二：将搅拌超声好的溶液倒入聚四氟乙烯定制的模具中，在室温环境静置溶液20-24小时，待溶液自然挥发成型；自然挥发成型的电极薄膜放置到烘箱干燥器中先加热烘干再高温退火，得到干燥后的电极薄膜；

步骤三：电极薄膜依次经过有机溶剂和去离子水浸泡，浸泡时间均为30分钟，再放到离子液体(EMIMTFSI)中加热浸泡得到离子凝胶电极膜；

步骤四：通过热压的方式将离子凝胶电极膜和硝酸-醋酸混合纤维素膜压合成型，得到柔性驱动器。

2、步骤一中，掺杂态聚苯胺的制作过程：将苯胺溶于硫酸溶液中，并置于-10℃冷藏，预冷1-2小时后加入过硫酸铵的硫酸溶液，反应24小时，过滤并用去离子水洗涤产物晾干，得到聚苯胺。所述苯胺、硫酸溶液和过硫酸铵的硫酸溶液的体积比为0.3-0.5:10:10；所述硫酸溶液的浓度为5M，所述过硫酸铵的硫酸溶液的浓度为0.22M。

3、步骤一中，PEDOT:PSS溶液的质量分数为1％-1.3％，PDEOT与PSS的质量比为1:1-1:1.25之间，掺杂态的聚苯胺与PEDOT:PSS的质量比为2％-14％，1-丁基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐浓度0.5-0.2g/ml，1-丁基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐与PEDOT:PSS溶液的体积比为1:100，1-丁基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐能够减弱PEDOT与PSS间的相互作用，使得PEDOT聚集提高其导电性。

4、步骤一中，第一次搅拌后10-20分钟后加入1-丁基-3-甲基咪唑对甲苯磺酸盐，总搅拌时间2-4小时。