離子型電活性聚合物是近30 年興起的一種智能電驅(qū)動材料，它可以代替電機將電能轉(zhuǎn)換成機械能，被譽為“離子型人工肌肉”，可作為柔性致動器和傳感器用于仿生機械、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。離子型電活性聚合物的研究涉及化學、材料、機械、控制等多個學科。本書從化學材料角度出發(fā)，闡述電活性聚合物的結(jié)構(gòu)、性能與人工肌肉的驅(qū)動性能之間的關(guān)系，系統(tǒng)地總結(jié)了全氟磺酸、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚苯乙烯等聚合物人工肌肉的制備、表征與驅(qū)動性能評價。
本書可為人工肌肉的研制和開發(fā)人員提供參考，也可為高等院校電化學、仿生機械專業(yè)學生學習的教材。
郭東杰，教授/博士。從事智能材料、仿生材料的研制與應用。南京大學化學化工學院理學博士，美國科羅拉多大學機械工程系博士后、美國國家標準技術(shù)局（NIST）訪問學者。河南省教育廳學術(shù)帶頭人，河南省高�？萍紕�(chuàng)新人才支持計劃。河南省化學會會員、中國航空學會會員、中國仿生工程學會會員、國際仿生工程學會基礎(chǔ)會員。
已發(fā)表SCI論文40余篇，單篇論文SCI高引用百余次；國內(nèi)核心期刊20余篇。申請國家發(fā)明專利16項，12項發(fā)明專利授權(quán)，1項發(fā)明專利技術(shù)轉(zhuǎn)讓。
國際學術(shù)期刊Langmuir、Chemical Communications、Journal of Materials Chemistry、Nanotechnology和國內(nèi)《科學通報》《中國科學E》《中國科學G》《化學研究與應用》等雜志審稿人；國家自然科學基金工程與材料科學部工程二處機械工程學科、化學科學二處（催化與表界面、化學理論與機制）函評專家。
第1章 離子交換聚合物-金屬復合材料 1
1.1 概述 2
1.2 IPMC的驅(qū)動平臺和性能評價系統(tǒng) 5
1.2.1 IPMC的驅(qū)動平臺 5
1.2.2 IPMC的驅(qū)動、測試平臺設(shè)置 7
1.3 制約IPMC電致動響應的因素 12
1.3.1 聚合物母體膜 12
1.3.2 電極 21
1.3.3 溶劑化電解質(zhì)離子 29
1.3.4 驅(qū)動信號 31
1.4 金屬電極的封裝 31
1.4.1 電鍍PEDOT 32
1.4.2 納米銀dip-coating 39
1.5 IPMC電致動理論模型 50
1.5.1 電學模型 50
1.5.2 電場作用下水合陽離子的遷移 53
1.5.3 水分子的自由擴散 56
1.5.4 水分子的濃度分布 57
1.5.5 含水量分布 57
1.5.6 IPMC基底膜應變和應力與含水量的關(guān)系 58
1.5.7 彎矩的計算 59
1.5.8 位移輸出與實驗驗證 59
1.5.9 IPMC直流電壓下的模擬 59
1.5.10 IPMC階梯電壓下的模擬 63
1.5.11 IPMC正弦電壓下的模擬 64
本章小結(jié) 67
第2章 全氟磺酸聚合物膜IPMC電驅(qū)動器 69
2.1 全氟磺酸聚合物 70
2.1.1 全氟磺酸系列聚合物 70
2.1.2 化學結(jié)構(gòu) 70
2.1.3 基本的物理化學性能 72
2.1.4 微觀結(jié)構(gòu)模型 77
2.1.5 高分辨TEM圖片 79
2.2 Nafion基IPMC的驅(qū)動性能與優(yōu)化 80
2.2.1 多孔二氧化硅/Nafion雜化膜的制備與IPMC性能 82
2.2.2 磺化SiO2納米膠雜化Nafion復合膜的制備與IPMC性能 87
2.2.3 磺酸化氧化石墨烯雜化Nafion的制備與IPMC性能 97
2.3 Nafion膜IPMC的應用 102
2.3.1 水下機構(gòu) 102
2.3.2 真空下機構(gòu) 103
2.3.3 生物醫(yī)學領(lǐng)域 104
2.3.4 仿壁虎可逆黏附膠帶 106
2.4 IPMC撲翼仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計與數(shù)值模擬 117
2.4.1 昆蟲的飛行機理 118
2.4.2 IPMC驅(qū)動撲翼機構(gòu)的設(shè)計 119
2.4.3 有限元模型的建立與前處理 121
2.4.4 不同俯仰函數(shù)對氣動性能的影響 124
2.4.5 不同飛行參數(shù)對升阻力的影響 126
2.4.6 滑翔狀態(tài)氣動力分析 131
本章小結(jié) 134
第3章 聚偏二氟乙烯膜IPMC電驅(qū)動器 136
3.1 聚偏二氟乙烯的物理、化學性能 137
3.1.1 聚偏二氟乙烯概述 137
3.1.2 PVDF的親水性 139
3.1.3 PVDF的多孔度 140
3.1.4 PVDF共聚物 145
3.2 PVDF基底膜的IPMC電驅(qū)動器 146
3.2.1 離子液驅(qū)動的純PVDF膜IPMC 147
3.2.2 離子液驅(qū)動的PVDF膜共聚物IPMC 148
3.2.3 水驅(qū)動的PVDF雜化膜IPMC 148
3.3 水和離子液驅(qū)動的PVDF多孔膜IPMC電驅(qū)動器 149
3.3.1 實驗部分 150
3.3.2 結(jié)果和討論 152
3.4 PVDF衍生物的制備及IPMC應用 167
3.4.1 概述 167
3.4.2 磺酸化PVDF衍生物膜制備與表征 168
3.4.3 PVDF粉末中烯基含量的定量分析 168
3.4.4 PVDF的接枝表征 170
3.4.5 PVDF基多孔膜性能表征 171
3.4.6 PVDF基IPMC的制備與形態(tài)表征 172
3.4.7 IPMC機電響應的研究 173
3.5 PVDF膜IPMC的應用 174
3.5.1 PVDF膜IPMC電驅(qū)動器 174
3.5.2 PVDF膜應變傳感器 175
3.5.3 Nafion膜應變傳感器 177
3.5.4 Nafion/PVDF耦合應變傳感器 178
本章小結(jié) 180
第4章 其他聚合物膜IPMC電驅(qū)動器 182
4.1 聚砜基IPMC 183
4.1.1 聚砜的結(jié)構(gòu)與性能 183
4.1.2 聚砜的磺酸化與IPMC應用 183
4.1.3 磺化聚砜（SPSU）和SPSU膜的制備 184
4.1.4 聚砜衍生物的磺酸化與IPMC應用 185
4.2 聚苯乙烯基IPMC 196
4.2.1 純SPS聚合物IPMC 197
4.2.2 SPS嵌段共聚物IPMC 197
4.2.3 SPS接枝共聚物IPMC 201
4.3 聚醚酮基IPMC 202
4.3.1 磺化聚醚醚酮的制備 202
4.3.2 磺化聚醚醚酮膜IPMC 203
4.4 聚乙烯醇基IPMC 204
4.4.1 磺化聚乙烯醇基IPMC 204
4.4.2 磺化聚乙烯醇雜化膜IPMC 205
本章小結(jié) 205
第5章 其他類型的離子型電活性聚合物 207
5.1 導電聚合物基驅(qū)動器 208
5.1.1 導電聚合物概述 209
5.1.2 導電聚合物驅(qū)動器的材料基礎(chǔ)和致動機理 209
5.1.3 導電聚合物驅(qū)動器的應用 214
5.2 生物質(zhì)離子型電活性聚合物 216
5.2.1 纖維素驅(qū)動器 216
5.2.2 聚合物摻雜纖維素膜驅(qū)動器 218
5.2.3 CP增強的纖維素膜驅(qū)動器 219
本章小結(jié) 219
參考文獻 220
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