CN101370858A - 离子聚合物装置及其制备的方法 - Google Patents

离子聚合物装置及其制备的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101370858A
CN101370858A CNA2007800028664A CN200780002866A CN101370858A CN 101370858 A CN101370858 A CN 101370858A CN A2007800028664 A CNA2007800028664 A CN A2007800028664A CN 200780002866 A CN200780002866 A CN 200780002866A CN 101370858 A CN101370858 A CN 101370858A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
polymer
ionic polymer
electrode layer
deck
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2007800028664A
Other languages
English (en)
Inventor
吴永现
李扬扬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Showa Denko Materials Co ltd
Showa Denko Materials America Inc
Original Assignee
Hitachi Chemical Co Ltd
Hitachi Chemical Research Center Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Chemical Co Ltd, Hitachi Chemical Research Center Inc filed Critical Hitachi Chemical Co Ltd
Publication of CN101370858A publication Critical patent/CN101370858A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/8636—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells with a gradient in another property than porosity
    • H01M4/8642—Gradient in composition
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
    • C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/005—Electro-chemical actuators; Actuators having a material for absorbing or desorbing gas, e.g. a metal hydride; Actuators using the difference in osmotic pressure between fluids; Actuators with elements stretchable when contacted with liquid rich in ions, with UV light, with a salt solution
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/122—Ionic conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明的实施方式提供一种离子聚合物装置，其包括：两个含有许多导电颗粒的延伸的电极层，其中所述许多导电颗粒在所述两个延伸的电极层的每个电极层中形成浓度梯度；位于两个延伸的电极层之间的离子聚合物介电层；以及在两个延伸的电极层的外表面上的至少一层导电层。另一实施方式提供一种离子聚合物装置，其包括：在两个相对的表面上的具有许多表面形貌的聚合物复合物；以及在所述两个相对的表面上的至少一层导电层。本发明的实施方式提供一种制备离子聚合物装置的方法，其包括：形成部分固化的聚合物金属盐层；还原金属盐以形成许多金属颗粒；从而在离子聚合物装置的相对表面上及其附近形成第一延伸的电极层和第二延伸的电极层。另一实施方式提供一种制备离子聚合物装置的方法，其包括：提供至少一种在离子聚合物溶液中包含许多导电颗粒的混合物；通过固化所述至少一种混合物来形成至少一层含有许多导电颗粒的延伸的电极层；在所述至少一层延伸的电极层上提供离子聚合物介电层；以及在所述至少一层延伸的电极层的外表面上沉积至少一层导电层。另一实施方式提供制备离子聚合物装置的方法，其包括：提供至少一个印刷板；提供离子聚合物溶液；以及在所述至少一个印刷板上涂覆离子聚合物溶液，从而形成至少一个具有表面形貌的印刷的聚合物层。

Description

离子聚合物装置及其制备的方法
相关申请的交叉参考
本申请要求于2006年1月23日提交的美国临时申请60/761175的优先权，通过参考将对整体内容引入。
技术领域
本发明涉及新型离子聚合物装置结构以及制备能够被配置作为致动器(actuator)、传感器和转换器的离子聚合物装置的新方法。
背景技术
离子聚合物或离聚物复合材料是新型电活性聚合物和功能性智能材料之一，它可以被制成软性弯曲的致动器和传感器。该材料最初被制造用于燃料电池应用，直到1992年才发现其独特的仿生传感-致动性能(biomimetricsensing-actuating properties)。典型的离聚物致动器/传感器元件包括位于中间的约200μm厚的薄聚电解质离聚物膜和位于相对两表面上的每金属层5-20μm厚的电镀金属层。通常由全氟磺酸聚合物(
Figure A200780002866D0005162420QIETU
)或全氟羧酸聚合物(
Figure A200780002866D0005162424QIETU
)制得离聚物膜。这些离聚物膜具有憎水性氟碳主链和亲水性侧链，所述亲水性侧链在存在溶剂例如水、有机溶剂或离子液体时形成相互连接的簇。亲水性侧链可以包括但不限于确定的阴离子，例如-SO3 -和-COO-。通过特定阳离子或各种阳离子的组合，中和离子聚合物。适合的阳离子包括碱金属，例如Li+、Na+、K+、Rb+和Cs+，以及有机阳离子例如烷基铵。
当对离子聚合物致动器施加电压时，未键合的阳离子能够通过溶剂移入簇中或从簇中移出，在离子聚合物内重新分布以形成阳极和阴极界面层。通过弹性阻力平衡的静电力和渗透压力的变化促使溶剂进入界面层簇或从界面层簇中移出，并且引起在该界面层上的相互连接簇的体积变化。这种体积变化导致致动器的变形或弯曲。电荷分布和吸水量的变化可以通过相关联的化学-电-机械公式来计算。
由于离子聚合物材料的紧凑的尺寸、轻的重量和由所制得的材料切割成任意形状的能力，它提供显著优于常规的机电材料和系统的优点。所制造的装置仅要求适合的操作电压。离子聚合物致动器能够通过产生大的弯曲变形来响应小的电刺激，而离子聚合物传感器通过产生电信号来响应机械变形(或振动)。离子聚合物的突然弯曲产生小的电压(在mV的范围内)。此外，通过改变微结构、电输入、阳离子组成以及溶剂的类型和量，能够设计致动/传感功能。该材料是生物相容的，并且能够在各种溶剂中进行操作。它可以被开发以提供用于生物医学和机器人应用的新型自组装材料体系。
能够影响基于离子聚合物的传感器/致动器的相关联的化学-电-机械响应的许多因素之一是电极形貌和有效电容。在离子聚合物装置上形成电极的传统制备方法包括：首先使已经固化的聚合物膜的表面粗糙并且进行清洗；使能够进行化学还原的物质从聚合物表面上被吸收；以及还原所吸收的物质以形成电极。它通常需要重复吸收和还原步骤以使更多的物质扩散到离子聚合物膜中，从而需要过长且昂贵的过程。然而，物质扩散进入聚合物膜中仍限制于从膜表面小于约20微米。不仅制备过程昂贵，而且离子聚合物致动器/传感器的性能也受到导电材料的扩散限制的影响。
发明概述
本发明的目的是提供新型的离子聚合物装置或离子聚合物致动器/传感器，以及允许更为简单、便宜和快速制备过程的制备技术。该制备方法通过在聚合物相和导电相或电极之间产生大的界面面积来提高离子聚合物装置的电容，从而改善其致动性能和灵敏度。
本发明的方法和装置各自具有几个方面，并且每个方面不仅只负责其所需要的特性。不限于本发明的范围，将简要讨论更为显著的特征。
本发明的一个实施方式提供一种离子聚合物装置，其包括两个延伸的电极层、在两个延伸的电极层之间的离子聚合物介电层以及在两个延伸的电极层的外表面上的至少一层导电层，所述电极层含有许多导电颗粒，其中所述许多导电颗粒在两个延伸的电极层的每个电极层中形成浓度梯度。
另一实施方式提供一种离子聚合物装置，其包括在两个相对表面上的具有许多表面形貌(surface feature)的聚合物复合物以及在所述两个相对表面的每个表面上的至少一层导电层。
本发明的一个实施方式提供一种制备离子聚合物装置的方法，其包括：提供在离子聚合物溶液中包含至少一种金属盐的混合物；固化所述混合物以形成具有第一表面和第二表面的至少一层部分固化的聚合物层，其中所述至少一层部分固化的聚合物层包含所述至少一种金属盐；以及还原所述至少一种金属盐以形成许多金属颗粒，从而在第一表面上以及在第一表面附近形成第一延伸的电极层。另一实施方式进一步包括还原所述至少一种金属盐以形成许多金属颗粒，从而在第二表面上以及在第二表面附近形成第二延伸的电极层。
另一实施方式提供一种制备离子聚合物装置的方法，其包括：提供在离子聚合物溶液中包含至少一种金属盐的混合物；固化所述混合物以形成具有第一表面和第二表面的至少一层部分固化的聚合物层，其中所述至少一层部分固化的聚合物层包含所述至少一种金属盐；还原所述至少一种金属盐以形成许多金属颗粒，从而在第一表面上以及在第一表面附近形成第一延伸的电极层。另一实施方式进一步包括通过使所述至少一层部分固化的聚合物层进行固化来形成两层被固化的聚合物层；提供离子聚合物介电层；以及将两层固化的聚合物层和介电层结合以形成聚合物复合物。
另一实施方式提供一种制备离子聚合物装置的方法，其包括：提供至少一种在离子聚合物溶液中包含许多导电颗粒的混合物；通过固化所述至少一种混合物来形成包含许多导电颗粒的至少一层延伸的电极层；在所述至少一层延伸的电极层上提供离子聚合物介电层；以及在所述至少一层延伸的电极层的外表面上沉积至少一层导电层。
另一实施方式提供一种制备离子聚合物装置的方法，其包括：提供至少一个印刷板(imprinting plate)；提供离子聚合物溶液；以及在所述至少一个印刷板上涂覆离子聚合物溶液，从而形成具有表面形貌的至少一层印刷的聚合物层。
附图说明
通过下面旨在说明而不限制本发明的说明书及附图(并不按比例)，本发明的这些和其它方面将是显而易见的，其中：
图1说明了根据本发明的致动器/传感器装置的一个实施方式。
图2说明了根据本发明的致动器/传感器装置的另一实施方式。
图3A-3C显示了沿图1中装置的三个实施方式的聚合物复合物厚度方向不同横截面的颗粒浓度分布。
图4显示了说明用于形成图1的离子聚合物装置的聚合物复合物的方法的流程图。
图5显示了图1的离子聚合物装置的聚合物复合物的一个实施方式的横截面。
图6A显示了即将结合以形成聚合物复合物的一个实施方式的两层聚合物-颗粒层的横截面图。
图6B显示了即将结合以形成聚合物复合物的另一实施方式的两层聚合物-颗粒层和一层离子聚合物介电层的横截面图。
图7显示了说明用于形成图1的离子聚合物装置的聚合物复合物的另一方法的流程图。
图8显示了在容器中形成的复合物层的一个实施方式的横截面。
图9A显示了即将结合以形成聚合物复合物的一个实施方式的两层聚合物-颗粒层和一层离子聚合物介电层的横截面图。
图9B显示了即将结合以形成聚合物复合物的另一实施方式的四层聚合物-颗粒层和一层离子聚合物介电层的横截面图。
图9C显示了即将结合以形成聚合物复合物的两层聚合物-颗粒层和一层离子聚合物介电层的另一实施方式的横截面图。
图10显示了说明用于形成图2的离子聚合物装置的聚合物复合物的方法的流程图。
图11A显示了具有附着的印刷板的聚合物复合物的一种实施方式的横截面。
图11B显示了在去除印刷板之后聚合物复合物的一个实施方式的横截面。
图12显示了即将结合以形成离子聚合物装置的一个实施方式的两层印刷层和固体离子聚合物层的横截面图。
图13是沿着延伸的电极层的一个实施方式的厚度金浓度的X射线能量色散谱(EDS)分析的结果。
优选实施方式的详细描述
下面详细的说明是关于本发明特定具体实施方式。然而，本发明可以以多种不同方式进行实施。在本说明书中，参考附图说明，其中整个附图中相同部分由相同的数字表示。
本发明的实施方式提供制备离子聚合物装置的新型方法。一些实施方式也可以被配置为传感器或致动器。在纳米尺度水平由相关联的化学-电子-机械相互作用导致的致动品质和传感响应，取决于聚合物复合物的结构、导电相的形态、阳离子性质、溶剂类型和施加的电信号。
设计本发明方法的实施方式以增加聚合物相和导电相之间的界面面积，用于优化各种离子聚合物装置的性能和灵敏度。改善的电极形态允许由该方法制得的离子聚合物装置具有大的有效电容，从而获得提高的致动和/或传感能力。本发明的方法也能够有效制备功能性聚合物复合物。该方法包括较少的步骤，并且允许更好地控制离子聚合物复合物的结构。该方法简单、便宜和更为有效。该方法的特定实施方式适于制备各种尺寸例如厚度为微米至厘米厚度的离子聚合物装置以及不同构造例如单个装置、传感器/致动器阵列、系统和复杂装置。
图1描述了离子聚合物装置的特定实施方式，聚合物复合物11以及在聚合物复合物11的两个相对表面上的至少一层导电层13。由至少一种离子聚合物制得聚合物复合物。离子聚合物也被称为离子交换聚合物和离聚物，离子聚合物可以是具有磺酸和羧酸基的阳离子交换聚合物或具有三甲基铵和氨基的阴离子交换聚合物。用于本发明各种实施方式的离子聚合物的实例包括但不限于：全氟-磺酸聚合物、全氟-羧酸聚合物、聚苯乙烯-磺酸聚合物和全氟-叔铵聚合物。在一些实施方式中，根据实际应用，聚合物复合物11的厚度可为几微米至厘米。在优选的实施方式中，全部聚合物复合物的厚度可为约1μm～约10cm，优选为约10μm～约1cm，更优选为约100μm～约1mm。
聚合物复合物包括两层延伸的电极层31和夹在两层延伸的电极层31之间的离子聚合物介电层32。两层延伸的电极层31的每层电极层包含许多导电颗粒12。在一些实施方式中，所述许多导电颗粒12在两层延伸的电极层31的每层电极层中形成浓度梯度。在一些实施方式中，所述许多导电颗粒12在延伸的电极层31中充分分散。当颗粒不团聚时，所述许多导电颗粒被认为是充分分散的，在一些实施方式中，颗粒可接近于单个分散。通常，导电颗粒12可以是任何纳米或微米尺度的导电颗粒。导电颗粒12的非限制性实例是金属颗粒例如Pt、Au、Ag、Ni、Cu和Pd，非金属颗粒例如导电聚合物、碳纳米管和石墨。金属颗粒可以是任何形状，可以是预先形成(在聚合物中由金属盐还原形成)或市售获得。每层延伸的电极层31的厚度可以为全部聚合物复合物厚度的约1％-约45％，优选约5％-约25％、更优选约10％-约20％。
导电颗粒12可以在延伸的电极层31中充分分散或可以由于重力形成浓度梯度。在图3A-3C中显示了在特定实施方式中导电颗粒12的浓度分布。在一些实施方式中，延伸的电极层31可以包含至少一层聚合物-颗粒层19或多层聚合物-颗粒层(参见图8和9A-9C)。聚合物颗粒层19在离子聚合物基质中包含许多导电颗粒12。在一些实施方式中，构成两层延伸的电极层31的每层电极层的所有聚合物-颗粒层19可以包含相同浓度的充分分散的导电颗粒12。沿这种聚合物复合物的厚度方向的浓度分布显示出在每个电极的特定深度内浓度不变，如图3A所示。
在一些实施方式中，在两层延伸的电极层31的每个电极层中所述许多导电颗粒12形成浓度梯度，在延伸的电极层31的外表面上具有较高的浓度。在一个实施方式中，沿每个延伸的电极层31的厚度从聚合物复合物11的两相对表面(18a和18b)，浓度梯度可以线性降低(图3B)。在另一实施方式中，沿每个延伸的电极层31的厚度从聚合物复合物11的两相对表面(18a和18b)，浓度梯度可以非线性降低(图3C)。在具有多层聚合物-颗粒层的实施方式中，每个聚合物-颗粒层19可以具有不同浓度的导电颗粒12。在一个实施方式中，最内层聚合物-颗粒层具有最低浓度的导电颗粒12，在每个聚合物颗粒层19中，浓度向最外聚合物-颗粒层19a逐渐增加。这也可以导致具有图3B或3C中浓度分布的聚合物复合物。优选实施方式将具有如图3B和3C所示的导电颗粒浓度分布，因为它们导致最佳的导电率和机械弯曲劲度。
介电离子聚合物层32是基本上不含导电颗粒12的离子聚合物膜的层。用于制备介电离子聚合物层的离子聚合物实例包括但不限制为：全氟-磺酸聚合物、全氟-羧酸聚合物、聚苯乙烯-磺酸聚合物和全氟-叔铵聚合物。用于离子聚合物介电层的离子聚合物可以与用于相同装置中的延伸的电极层的离子聚合物相同或是不同。典型的介电离子聚合物层的厚度可以为全部聚合物复合物厚度的约10％-约98％、优选约50-约90％、更优选约60-约80％。
在一些实施方式中，能够在聚合物复合物11的两相对表面上沉积至少一层导电层13。聚合物复合物11的两相对表面，即第一表面18a和第二表面18b，也是延伸的电极层31a和31b的外表面(参见图5)。导电层13与所述两层延伸的电极层接触，用作为离子聚合物装置的表面电极。导电层13可包含金属例如，Au、Pt、Pd、Ir、Ru、Rh、Ag、Al、Ni和Cu；非金属，例如导电聚合物、碳纳米管和石墨或其它导电材料。在一些实施方式中，导电层13能够通过终端15和导线17与电源16连接以配置作为致动器或传感器元件。导电层13用于确保整个表面平面的良好导电率(从终端15)，同时导电颗粒12确保沿着延伸的电极层31的厚度的导电率(从导电层13)。
图2描述离子聚合物装置特定实施方式，包括在聚合物复合物的两相对表面上的具有许多纳米和/或微米尺度表面形貌14的聚合物复合物11，以及在具有表面形貌14的每个表面上的至少一层导电层13。导电层13基本上覆盖表面形貌14。这些实施方式的离子聚合物和电极之间的界面面积显著增加，从而提高了离子聚合物装置的性能。
在一些实施方式中，表面形貌14可以是孔、凹槽和沟道，通过将在下面要描述的表面印刷技术来生成。在聚合物复合物的一个表面上的表面形貌的深度可以为全部聚合物复合物厚度的约1％-约45％、优选约5％-约25％、更优选约10％-约20％。导电层13可以包含金属，例如Au、Pt、Pd、Ir、Ru、Rh、Ag、Al、Ni和Cu；非金属，例如导电聚合物、碳纳米管和石墨或其它导电材料。在一些实施方式中，所述至少一层导电层也基本上覆盖所述许多表面形貌。在其它实施方式中，导电层可以包括用作模板以形成表面形貌14的导电薄膜结构。在一个实施方式中，薄膜模板是多孔硅薄膜结构。
分散在聚合物中的导电纳米颗粒
描述几种新的方法，用于制备如图1所示的离子聚合物装置的各种实施方式。一些实施方式提供通过“原位还原”形成聚合物复合物的方法，其中金属盐在固化聚合物复合物中还原以在延伸的电极层中形成纳米和/或微米尺度的导电金属颗粒。其它实施方式提供通过使用“预形成的导电颗粒分散体”生成延伸的电极层来形成聚合物复合物的方法。通常，首先制得聚合物复合物，然后在聚合物复合物的两相对表面上沉积导电层以形成电极。其它步骤例如阳离子交换和聚合物复合物吸附溶剂可以在形成电极前或形成电极后进行。
一些实施方式提供一种原位还原方法，用于在聚合物复合物中形成延伸的电极层。在优选的实施方式中，能够通过在水和乙醇的混合溶剂中混合离子聚合物例如全氟-磺酸聚合物
Figure A200780002866D0012162712QIETU
或全氟-羧酸聚合物(
Figure A200780002866D0005162424QIETU
)来制备离子聚合物溶液。适合的离子聚合物包括其它能够传导离子的聚合物，上面列出了实例。参考图4，通过提供包括至少一种金属盐和离子聚合物溶液的混合物，用于制备离子聚合物装置100的方法从步骤105开始。该混合物是聚合物-盐混合物或溶液。将金属盐加入到离子聚合物溶液中并剧烈地搅拌。在一些实施方式中，金属盐可以是HAuCl4、[Au(phen)Cl2]Cl、[Pt(NH3)6]Cl2、H2PtCl6或其它Au或Pt盐。在一个实施方式中，可以在混合物中添加一些添加剂以改善固化聚合物的性能，例如添加二甲基甲酰胺(DMF)以阻止聚合物裂化。
聚合物-盐混合物能够被转移到设计为所需尺寸和形状的容器中进行固化过程。在一些实施方式中，可以使用旋涂、印刷例如喷墨印刷或其它薄膜浇注/沉积技术以制备薄聚合物复合物膜。在一些实施方式中，可以在室温下和在真空，例如约0-约30英寸汞柱(inHg，相对的)、优选约0-约15英寸汞柱、更优选约5-约10英寸汞柱进行固化过程。然后固化的聚合物复合物在升高温度和真空中进行退火。例如，在约50-约200℃、优选约70-约150℃、更优选约90-约120℃温度下，和在约0-约30英寸汞柱(相对的)、优选约10-约30英寸汞柱、更优选约20-约30英寸汞柱。在另一实施方式中，可以在升高的温度下和在真空下进行固化过程而无需退火。例如，温度范围可以为约23-约150℃、优选约50-约100℃、更优选约80-约90℃，真空范围可以为约0-约30英寸汞柱(相对的)、优选约0-15英寸汞柱，更优选约5-约10英寸汞柱。最优选条件是约80℃，真空约5英寸汞柱(实际值)。
通过在步骤110形成第一延伸的电极层31a来继续该过程。当聚合物-盐的混合物部分固化而具有一定粘度时，添加第一部分还原剂例如柠檬酸钠、氢硼化钠或HCHO，以还原金属盐且在固化的聚合物中形成纳米和/或微米尺度的金属颗粒(即导电颗粒12)。本领域技术人员通过观察固化的聚合物表面或通过使用流变计测量粘度能够确定聚合物-盐混合物部分固化的时间。典型地，在固化聚合物层的第二表面18b上引入或添加还原剂。定向第二表面18b使得其表面向上，并且远离重力牵引作用。在一些实施方式中，可以使用微喷雾器来引入还原剂，以确保在整个第二表面18b上分布小且均匀的液滴。导电颗粒12沉积并且由于重力向相对的第一表面18a移动。在固化聚合物的第一表面18a上以及在第一表面18a附近形成第一延伸的电极层31a。通过调整还原剂的引入速率，能够在第一表面18a上获得较高浓度的颗粒浓度梯度。
在允许聚合物进一步固化之后，通过在步骤115形成第二延伸的电极层31b而继续该过程。当聚合物接近固化时，在第二表面18b上添加第二部分还原剂以形成附加的金属颗粒。由于在固化过程的此刻聚合物更为粘稠，还原的导电颗粒12更慢地移向第一表面18a，在第二表面18b上和在第二表面18b附近沉积以形成第二延伸的电极层31b。固化聚合物组合物的中间部分基本上不含导电颗粒12，从而作为离子聚合物介电层32。
在一些实施方式中，也可以在固化过程的各阶段分几次引入不同量还原剂以控制浓度分布。在一些实施方式中，在固化聚合物溶液中还原所述金属盐以形成基本上为球形并且尺寸范围为约0.1nm-约1μm、优选约1nm-约100nm、更优选约1-约10nm的颗粒。在其它的实施方式中，可以在聚合物复合物中还原金属盐以形成直径为约0.1nm-约1μm、优选约1nm-约100nm、更优选约1-约10nm，长度范围为约1nm-约10μm、优选约50nm-约1μm的簇链。在一些实施方式中，可以添加表面活性剂，例如四辛基溴化铵(TOAB)、硫醇族和树枝状聚合物(dendrimer)等以阻止导电纳米颗粒团聚。
一些实施方式提供另一种形成聚合物复合物的原位还原方法，包括：形成至少两层聚合物层或块；以及将它们结合以形成聚合物复合物。如步骤105所述的，该方法开始于混合聚合物-盐溶液，但可以调整所使用的聚合物-盐溶液的量以形成厚度等于或小于最终聚合物复合物11所需厚度一半的聚合物层。如步骤110所述的，在形成第一延伸的电极层31a步骤继续该方法。不继续形成第二延伸的电极层，而是允许具有一层延伸的电极层的聚合物层50固化完全。本领域技术人员将理解的是：引入还原剂的速率能够决定延伸的电极层31的厚度和浓度分布。两层这种固化的聚合物层50可以在两个单独的容器中一步形成，或者通过将一层大的固化聚合物层50切割为两部分。
下一步骤包括通过结合两层固化的聚合物层50来形成多层离子聚合物复合物11。翻转被固化的聚合物层50中的一层，使得具有较高导电颗粒浓度的表面朝上且远离重力的牵引。在一些实施方式中，固化的聚合物层50可以具有更窄的浓度梯度或每一固化的聚合物层50的一部分可以基本上不含导电颗粒12，如图6A中所示的。这种两层固化的聚合物层50可以通过将基本上不含导电颗粒12的表面连接而粘结在一起。基本上不含导电颗粒12的每层聚合物颗粒层的部分形成离子聚合物介电层32。
在希望较厚的离子聚合物介电层的另一实施方式中，可以使用单独的基本上不含导电颗粒12的离子聚合物介电层。介电层可以是预先制备的离子聚合物，或市售获得或预先固化的。这种离子聚合物层夹在两层聚合物层50之间，将所有的层粘结在一起以形成如图6B所示的聚合物复合物11。在一些实施方式中，可以使用少量离子聚合物溶液作为粘结层间的粘结剂。所述层的粘结包括对叠层施加压力，例如将叠层夹在两块玻璃载玻片间或在叠层上简单放置重量。然后粘结的叠层在升高的温度为约50-200℃、约80-约150℃、更优选约90-约120℃下和在真空范围为约0-约30英寸汞柱(相对值)、优选约5-约20英寸汞柱、更优选约10-约15英寸汞柱下加热以再溶解邻近的聚合物相，将所有薄膜无缝熔合以形成具有叠层结构的聚合物复合物11。
几个实施方式提供使用预先形成的导电颗粒制备离子聚合物装置的离子聚合物复合物的方法。预先形成的导电颗粒的非限制性实例可以为预先形成或市售获得的金属颗粒、导电纤维或簇链、石墨、碳纳米管、导电聚合物以及它们的任意组合。预先形成的金属颗粒可以为自合成的或市售的纳米颗粒或粉末。预先形成的金属颗粒的非限制性实例包括在乙醇中颗粒尺寸小于约100nm、优选小于约10nm的金纳米颗粒，颗粒尺寸小于约100nm、优选小于约10nm的银纳米颗粒。
参考图7，在步骤205通过提供至少一种在第一离子聚合物溶液中包含许多导电颗粒的混合物(即，聚合物-颗粒混合物)开始该过程200。能够通过在水和乙醇混合的溶剂中混合离子聚合物例如全氟-磺酸聚合物
Figure A200780002866D00141
或全氟-羧酸聚合物制得离子聚合物溶液。其它适合的离子聚合物包括聚苯乙烯-磺酸聚合物和全氟-叔铵聚合物等。在离子聚合物溶液中添加预先形成的导电颗粒34以形成所需浓度的聚合物-颗粒混合物。然后将聚合物-颗粒混合物超声波处理足够长的时间以使预先形成的导电颗粒34充分分散。可以添加表面活性剂例如四辛基溴化铵(TOAB)、硫醇族和树枝状聚合物(dendrimer)等以阻止预先形成的导电纳米颗粒34团聚。例如可以形成TOAB保护和硫醇保护的金纳米颗粒。
在步骤210通过固化所述至少一种聚合物-颗粒混合物来形成至少一层延伸的电极层31a，从而继续该过程。所述至少一层延伸层中的一层可以是第一延伸的电极层31a，如图8所示。第一延伸的电极层31a可以包括由相同或不同颗粒浓度的聚合物-颗粒混合物所制得的多层聚合物-颗粒层19。该混合物在基板上或在容器35中于升高的温度下和/或在真空中进行固化以形成第一聚合物-颗粒层19a。如果希望是薄的离子聚合物装置元件，可以使用旋涂或其它印刷技术来形成薄的聚合物-颗粒层。
可选择地，能够在第一聚合物-颗粒层19a上或上方形成一个或多个具有不同或相同颗粒浓度的聚合物-颗粒层。第一延伸的电极层31a可以为单独的聚合物-颗粒层19或几层聚合物-颗粒层的组合。在一个实施方式中，第一聚合物-颗粒层19a具有最高浓度的预先形成的导电颗粒34，第二聚合物-颗粒层具有第二高浓度。在其它的实施方式中，也能够在第二聚合物-颗粒层19b上或上方形成具有较低浓度的另外聚合物-颗粒层。所组合的第一组聚合物-颗粒层将形成第一延伸的电极层31a。第一延伸的电极层31a具有从第一聚合物-颗粒层19a的外表面向第一延伸电极层31a和下一层之间的界面降低的浓度梯度。
在以下实施方式，即固化的聚合物-颗粒层或膜是薄的，并且预先形成的导电颗粒34的浓度在最初混合物中非常高，沿固化的聚合物-颗粒层19的厚度，预先形成的导电颗粒34可以具有几乎不变的浓度分布。在其它的实施方式中，由于重力，在固化的聚合物-颗粒层中可以形成局部的浓度梯度。这种聚合物-颗粒层也可以用于形成延伸的电极层31。本领域技术人员能够调整每种聚合物-颗粒混合物的浓度以制备每层聚合物-颗粒层19，导致根据本发明实施方式具有特定所需浓度梯度的延伸电极层31。
然后，在步骤215通过提供离子聚合物介电层来继续该过程。在一些实施方式中，可以使用预先制备的没有导电颗粒的离子聚合物。它们可以市售获得或能够预先固化。在其它实施方式中，提供离子聚合物介电层包括:提供第二离子聚合物溶液以及通过固化第二离子聚合物溶液在第一延伸的电极层31a上方形成离子聚合物介电层32。能够由任何适于形成离子交换膜的离子聚合物制得第二离子聚合物溶液，上面已经描述了实例。第二离子聚合物溶液可以与步骤205中用于制备聚合物-颗粒混合物的第一离子聚合物溶液相同或不同。
过程进行到步骤220，通过固化所述至少一种聚合物-颗粒混合物在离子聚合物介电层32上方来形成第二延伸的电极层31b。第二延伸的电极层31b优选具有与第一延伸电极层31a相同类型的浓度分布，但是浓度梯度的方向是相反的。例如，如果在步骤210中形成具有不同浓度的多层聚合物-颗粒层例如19a和19b，在离子聚合物介电层32上方以相反的顺序形成相同的多层聚合物-颗粒层。在介电层32上形成具有最低颗粒浓度的聚合物-颗粒层19b，在先前的聚合物-颗粒层19b上形成具有较高浓度的聚合物-颗粒层19a。在优选的实施方式中，第一和第二延伸的电极层31a和32b将显示出对称的浓度分布。每个延伸的电极层31的厚度可以为全部聚合物复合物厚度的约1-约45％、优选约5％-约25％、更优选约10-约20％。
在一些实施方式中，通过将所述至少一层延伸的电极层中的两层和离子聚合物介电层进行结合来形成聚合物复合物。够能使用预先形成的颗粒分散方法分别制备第一和第二延伸的电极层31a和31b。随后，两层分别形成的延伸的电极层与离子聚合物介电层32结合在一起，离子聚合物介电层32夹在两层延伸的电极层之间以形成单一的离子聚合物复合物11(图9)。如上所述的，通过将各层粘结在一起来进行结合。在一些实施方式中，也可以分别形成构成每个延伸的电极层的多层聚合物-颗粒层，随后粘结以形成离子聚合物复合物11。或者，在将两结合的层进行粘结之前，直接在每个延伸的电极层上形成介电离子聚合物层，以形成离子聚合物复合物。
根据上述步骤205和210中的工艺分别制备第一和第二延伸的电极层31a和31b。在一些实施方式中，根据步骤205和210，形成较大的延伸电极层带。将较大的带对半切割以形成第一和第二延伸的电极层31a和31b。根据步骤215中的过程200，形成离子聚合物介电层32。
所有分别形成的层(延伸的电极层或介电层)或聚合物复合物能够在室温及在真空下进行固化，然后在升高的温度下及在真空下进行退火。室温固化的真空范围为约0-约30英寸汞柱(相对值)、优选约0-约15英寸汞柱、更优选约5-约10英寸汞柱。退火温度在约50-约200℃、优选约70-约150℃、更优选约90-约120℃。退火的真空范围为约0-约30英寸汞柱、优选为约10-约30英寸汞柱、更优选约20-约30英寸汞柱。在其它实施方式中，可以在升高的温度下及在真空下进行固化过程而无需退火。例如，温度范围可以为约23-约150℃、优选为约50-约100℃、更优选为约80-约90℃，真空范围可以为约0-约30英寸汞柱、优选为约0-约15英寸汞柱、更优选为约5-约10英寸汞柱。
一旦使用任一上述方法制备具有所需颗粒浓度分布的离子聚合物复合物，在第一表面18a和第二表面18b上沉积至少一层导电层以形成电极。导电层确保沿离子聚合物复合物装置的长度具有良好的表面导电率和均匀电场。在结合预先形成的层以形成离子聚合物复合物的实施方式中，至少一层导电层可以沉积到将作为聚合物复合物第一表面18a和第二表面18b的表面上。导电层的适合材料包括金属、导电聚合物、石墨或其它具有良好电导率和耐腐蚀的材料。电极13的优选材料是金属，例如Au、Pt、Pd、Ir、Ru、Rh、Ag、Al、Ni和Cu；非金属，例如导电聚合物、碳纳米管和石墨或其它导电材料。能够通过任意适合的沉积和/或电镀方法，包括但不限于溅射涂覆、化学镀、真空沉积、喷涂、涂覆、刷涂、浸渍和在高压和/或高温下的压印，获得导电层的沉积。
在其它的实施方式中，可以进行表面处理以增加表面积以更好的与导电层13粘结。这些表面处理可以是表面粗糙、等离子表面处理或其它类似处理。可选择地，也可以在金属沉积步骤之前进行清洗过程，例如超声波清洗或酸洗。
由于在电刺激时离子聚合物复合物的簇网络内的阳离子移动产生致动(actuation)，所以可以通过改变相关阳离子来改变致动性能。在一些实施方式中，离子聚合物复合物的阳离子能够通过离子交换过程用一种或多种阳离子代替，例如碱金属阳离子、碱土金属阳离子、贫金属阳离子(poor metal cation)以及烷基铵。碱金属阳离子是Li+、Na+、K+、Rb+和Cs+等，碱土金属阳离子可以是Ca2+和Mg2+等，贫金属阳离子(poor metal cation)可以是Al3+、Tl3+等；烷基铵阳离子包括但不限于四丁基铵(TBA+)和四甲基铵(TMB+)。能够应用这些阳离子的不同组合以获得所需要的致动性能。在一些实施方式中，小的碱金属阳离子样品显示出较大的变形率，但是总的变形(致动位移)小。在其它实施方式中，较大的烷基铵阳离子显示出较大的总变形，但变形率小。
在一些实施方式中，也进行溶剂吸附以允许在离子聚合物复合物中形成相互连接的簇。由于溶剂有助于阳离子移动，具有不同溶剂类型或量的离子聚合物致动器能够显示出不同的致动性能。所述溶剂包括但不限于水；有机溶剂，例如乙二醇、二元醇、甘油或冠醚；或者离子液体，例如1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐。在一些实施方式中，也可以在沉积导电层之前进行离子交换和溶剂吸附。
表面印刷
另一实施方式提供一种方法，该方法通过形成具有用于接触电极的印刷表面形貌的离子聚合物复合物来增加离子聚合物相与导电相或电极之间的界面面积。适合的离子聚合物包括能够离子传导的任何聚合物，例如全氟-磺酸聚合物
Figure A200780002866D00181
全氟-羧酸聚合物
Figure A200780002866D00182
聚苯乙烯-磺酸聚合物和全氟-叔铵聚合物。在优选的实施方式中，使用或
Figure A200780002866D00184
聚合物溶液形成离子聚合物复合物。通过在水和醇的混合溶剂中混合Nafion或Flemion制得这些聚合物溶液。离子聚合物复合物的印刷表面包括纳米或微米尺度的表面形貌，例如孔隙、凹槽和沟道。
参考图10，能够使用过程300制备印刷的聚合物复合物，在步骤305通过提供至少一个印刷板20开始该过程。使用至少一个印刷板20作为模板，在将与电极13接触的离子聚合物复合物11的两相对表面上产生纳米和/或微米尺度表面形貌14。印刷板20可以为任何具有纳米或微米尺度的刻痕、凸起和孔洞等的板。印刷板的优选材料是半导体和导体材料，例如多孔硅(优选大量掺杂的)和刻蚀金属。适于印刷板的金属包括但不限于：Au、Pt、Pd、Ir、Ru、Ag、Al、Ni和Cu。
在一些实施方式中，能够通过电化学刻蚀导体或半导体材料制得印刷板20。在一个实施方式中，通过在约10％氢氟酸(HF)乙醇/水溶液中电化学刻蚀硼掺杂的P++型<100>硅晶片，可以制得多孔硅印刷板。通过以体积比1:4混合48％HF水溶液和200标准酒精度(proof)的乙醇制得HF乙醇/水溶液。其它刻蚀溶液可以包括氟化物盐和能够产生H+和F-的酸的任意组合。在一个实施方式中，刻蚀溶液可以是HNO3和NH4F的组合。在另一实施方式中，可以通过HCl和/或HNO3刻蚀铝箔。
通过改变刻蚀条件能够控制孔隙率和孔径。可变的刻蚀条件是：刻蚀溶液的浓度、刻蚀时间、应用的电作用、刻蚀顺序以及它们的任何组合。在一些实施方式中，HF的乙醇/水溶液浓度可以为约1体积％-约99体积％，优选约5体积％-约50体积％、更优选约10体积％-约38体积％。刻蚀时间取决于刻蚀溶液的浓度，可以为约1秒-约1小时，优选为约10秒-约10分钟、更优选为约30秒-约5分钟。应用的电流密度也取决于HF浓度，并且可以为约1-约10,000mA/cm2、优选为约10-约2,000mA/cm2。
可以通过扫描电镜(SEM)、反射分光计和/或原子力显微镜(AFM)表征多孔板的表面。多孔硅板的一个实施方式显示出大的孔隙率和小于约5nm的平均孔径。在优选的实施方式中，印刷板20具有相对小的孔隙(纳米尺度)和大的孔深(微米尺度)，因此具有约10-约100或更大的高纵横比。这些印刷板也具有大的孔隙率(约70-约95％或更高)，从而大的表面积与体积的比。通过表征和检测印刷板表面，本领域技术人员能够调整刻蚀参数和条件以生产所需的模板。
在一些实施方式中，印刷板的多孔材料可以是憎水的。由于通过在印刷板上浇注离子聚合物溶液并允许聚合物溶液扩散到印刷板多孔基质中来制得印刷表面形貌，因此可能需要适当的表面改性以改变表面化学性质。例如，硅印刷板的氧化(将Si-H转变为Si-O)能够使表面更为亲水，从而离子聚合物溶液能够更容易渗透到印刷板的孔洞和刻痕中。在一个实施方式中，多孔硅印刷板在约600℃炉中放置约2小时以对硅表面进行氧化。
在步骤310通过在印刷板上形成至少一层印刷的聚合物层继续过程300。离子聚合物溶液被应用和浇注到印刷板20上，允许固化形成印刷的聚合物层41。一个实施方式提供通过固化两印刷板20之间的聚合物复合物制备具有表面形貌的离子聚合物复合物的方法。参考附图11A，在两印刷板20的表面上应用离子聚合物40。固体(预先固化的)离子聚合物40可以放置在应用有聚合物溶液的两印刷板之间，在固化过程中对叠层结构施加压力。在一些实施方式中，聚合物溶液被引入具有两平行印刷板20的所需容器中。也可以通过加热和加压，迫使聚合物溶液进入印刷板20的孔洞和刻痕中。一旦聚合物溶液固化，能够移除印刷板20以获得独立(free-standing)的聚合物复合物11，该聚合物复合物在两相对的表面上具有表面形貌14，例如孔隙、沟道和凹槽，如图11B所示。
在其它的实施方式中，也能够通过一次印刷一个表面来制备具有纳米或微米尺度特征/孔隙的聚合物复合物。将聚合物溶液涂覆到至少一个印刷板20上，并且允许固化形成印刷的聚合物41。在一些如下实施方式，即薄的聚合物层被浇注在单片印刷板上，在其仍然粘附在印刷板20上时，可以将另外的聚合物溶液涂覆或添加到所述薄的聚合物层上作为增强层。一旦印刷的聚合物层固化，从印刷板20中取出(如以下步骤315所述)，可以将两层印刷的聚合物层以表面形貌向外的方式粘结在一起，形成聚合物复合物11。可以使用另外的聚合物溶液作为两印刷层之间的粘合剂。或者，首先在通过连接不具有表面形貌的表面来粘结之前，分别固化的印刷层也可以具有至少一层沉积/电镀在表面形貌14上的导电层13(图12)。导电层13的沉积/电镀与上述描述的相同。
在一些实施方式中，能够使用步骤105所制备的聚合物-盐溶液来制备印刷的聚合物层41，如步骤110所述的，添加还原剂19以在具有表面形貌14的表面上或附近形成导电颗粒12。在其它的实施方式中，也能够使用步骤205中所制备的聚合物-颗粒混合物来制备印刷的聚合物层41。使用步骤210中所述的相同技术形成具有印刷表面22的延伸电极层。在通过原位还原或预先形成的颗粒分散方法形成导电颗粒的实施方式中，当将包含导电颗粒的两印刷层粘结在一起以形成离子聚合物复合物11时，可以使用介电离子聚合物层40作为中间层。
在步骤315通过移除印刷板以取出印刷的聚合物层继续过程300。移除印刷板可以包括使用酸或碱进行的化学刻蚀。在一些使用多孔硅模板的实施方式中，能够通过使用强碱例如NaOH或KOH刻蚀掉其表面结构来除去多孔硅印刷板，从而从新形成的聚合物复合物11的多孔表面取出印刷板。典型地，附着在印刷板20上的聚合物复合物11浸渍在刻蚀溶液中，以使聚合物复合物剥离所附着的印刷板。在一些实施方式中，附着在印刷板上的聚合物复合物11或聚合物层也可以浸泡在碱溶液例如NaOH中几小时，以除去印刷板。允许独立的离子聚合物复合物11在空气中干燥。
在说明性的实施方式中，一旦从印刷板20中取出聚合物复合物11，可以在聚合物复合物11的两个多孔表面上沉积一层或多层导电层13，以形成电极。在一些实施方式中，所述至少一层导电层基本上覆盖所述许多表面形貌。导电层的适合材料包括金属、导电聚合物、石墨或其它具有好电导率和抗腐蚀的材料。电极13的优选材料是金属，例如Au、Pt、Pd、Ir、Ru、Rh、Ag、Al、Ni和Cu；非金属，例如导电聚合物、碳纳米管和石墨或其它导电材料。能够通过任何适合的沉积和/或电镀方法来获得导电层的沉积，包括但不限于溅射涂覆、化学镀、真空沉积、喷涂、涂覆、刷涂、浸渍和高压和/或高温下的压印。
在其它的实施方式中，导电印刷板也可以作为电极而无需移除印刷板或沉积另外的导电层。适于作为电极的印刷板至少沿着聚合物复合物的厚度方向是导电的。在一些实施方式中，印刷板20也是可机械弯曲的(低的弯曲劲度)。在印刷板非常薄时，这是通常出现的情况。有时，需要最终的表面电镀/涂覆步骤以改善附着的印刷板的表面导电率。这种印刷板非限制性的实例包括：由大量掺杂的硅晶片刻蚀所得到的独立的薄多孔硅薄膜，多孔金属箔例如铝、金或铂，由导电的导线构成的网络结构，以及其它的非金属材料例如导电聚合物。可以由电化学刻蚀大量掺杂硼、P++型<100>硅晶片所制得独立的薄多孔硅薄膜。导电的导线包括由金属、硅、碳和碳纳米管等制得的导线。
由于在电刺激时阳离子在离子聚合物复合物簇网络内的移动引起致动，能够通过改变相关的阳离子来改变致动性能。在一些实施方式中，离子聚合物复合物的阳离子可以通过离子交换过程用一种或多种阳离子代替，例如碱金属阳离子、碱土金属阳离子、贫金属阳离子(poor metal cation)以及烷基铵。碱金属阳离子是Li+、Na+、K+、Rb+和Cs+等，碱土金属阳离子可以是Ca2+和Mg2+等，贫金属阳离子(poor metal cation)可以是Al3+、Tl3+等、烷基铵阳离子包括但不限于四丁基铵(TBA+)和四甲基铵(TMB+)。能够开发出这些阳离子的不同组合以获得所需要的致动特性和性能。在一些实施方式中，也进行溶剂吸附以允许在离子聚合物复合物中形成相互连接的簇网络。由于溶剂有助于阳离子移动，具有不同溶剂类型或量的离子聚合物致动器能够显示出不同的致动性能。所述溶剂包括但不限于水；有机溶剂，例如乙二醇、二元醇、甘油或冠醚或离子液体，例如1-乙基-3-甲基咪唑三氟甲基磺酸盐。在一些实施方式中，也可以在沉积导电层之前进行离子交换和溶剂吸附。
通过本发明的方法生产离子聚合物装置的实施方式的悬臂式条带，当在其厚度上应用小的交流电(AC)例如约1-约2伏时能够产生大的弯曲振动。在将离子聚合物装置配置为致动器的实施方式中，弯曲振动的幅值可以为计量长度的约5-约100％。当应用直流电(DC)时，样品显示出向阳极方向的快速弯曲运动，接着以相同或相反的方向缓慢运动。在其它的实施方式中，当离子聚合物膜突然弯曲时，横跨其表面产生约几mV的小电势，并且可以作为传感器。
离子聚合物装置的潜在应用包括但不限于：形成内窥镜检查手术的弯曲操纵器、导管尖端和导丝(guide wire)、植入的微泵、具有受控药物释放速率的微量药物输送装置的盖、人造肌肉和变形传感器(用于弯曲、剪切或旋转)。一些实施方式提供包括离子聚合物装置或元件的医学装置，其中离子聚合物装置能够驱动运动和操纵或引导医学装置的前进。例如，内窥镜检查手术尖端可以包括一个或多个离子聚合物致动器元件/装置，用于控制刀片、解剖刀、针、针固定器/驱动器、挂钩、刮刀、传送装置、内窥镜、光纤光缆、光导管、镊子、剪刀、解剖器、修剪刀(shears)、单极和双极电灸、施夹钳和抓紧器。在一些实施方式中，也能够使用多个离子聚合物致动器元件，控制多个尖端的运动以获得复杂运动和操作。在一些实施方式中，附着或集成在弯曲导管或套管壁的聚合物致动器可以控制导管在特定方向的弯曲运动到特定程度。由单独的离子聚合物装置覆盖多段管壁以容易进行操作。
实施例1：通过两次原位还原方法的Nafion-金致动器
2mL的5％Nafion乙醇溶液与1mL的10mg/mL HAuCl4水溶液混合，然后在Teflon烧杯中于升高的温度(约80℃)和适度的真空(约5英寸汞柱，真实值)下固化。当混合物变得粘稠时，从第二表面均匀地添加0.5mL的5mg/ml的NaBH4水溶液作为还原剂。也可以使用微喷雾器来施加还原剂以确保液滴的小尺寸和均匀性。或者，可以添加0.5mL的25mg/mL的柠檬酸钠水溶液作为还原剂。然后，由于重力作用，还原的金纳米颗粒向第一表面沉降，并且在第一表面上及其附近的Nafion聚合物基质中形成浓度梯度。
当混合物变得更粘稠时，从第二表面引入另一部分还原剂。由于高粘度使得纳米颗粒更难移动通过固化聚合物，还原的金纳米颗粒停留在第二表面上及其附近，以在Nafion聚合物基质中形成浓度梯度。在复合物完全固化之后，从Teflon基质中取出。在将聚合物从基质中取出之前，可以使用更高的温度和更高的真空以对聚合物进行退火。
也使用下面的后处理过程用于其它所述的实施例中聚合物复合物的不同实施方式。将复合物浸渍在1mol/L的NaCl溶液过夜以进行H+到Na+的阳离子交换。在用金沉积或涂覆第一和第二表面之前，在真空炉中干燥复合物膜。使用溅射涂布机在40mA下于两表面上沉积金2分钟。每个金层的厚度是约60nm。最后，将复合物膜浸渍在去离子(DI)水中过夜，以将溶剂吸附到离子聚合物中。
形成在干燥状态下厚度为约80μm的聚合物复合物。在所制备的聚合物复合物的横截面光学显微镜图像中可以清楚地看到三层结构，即Nafion-Au、Nafion和Nafion-Au层。聚合物复合物的SEM图像也揭示出在延伸的电极层的Nafion聚合物基质中Au纳米颗粒小至100nm。当应用电场时，样品显示出适度的致动位移。
实施例2：通过一次原位还原和层粘接的Nafion-Au致动器
将3mL的5％Nafion溶液、1.5mL的DMF和2mL的10mg/mL HAuCl4溶液混合在一起，并且在Telfon烧杯中于升高的温度(约80℃)和适度的真空(约5英寸汞柱，真实值)下固化。当聚合物膜变粘稠时，从第二表面均匀地加入3mL的25mg/mL的柠檬酸钠。在聚合物完全固化之后，采用SEM和X射线能量色散谱(EDS)表征其截面。在第一表面附近的延伸的电极层的截面的SEM图像显示出，在Nafion聚合物基质中的第一表面附近存在约50nm的充分分散的金纳米颗粒。图13是EDS分析结果，其显示出沿着延伸的电极层的厚度Au纳米颗粒浓度梯度分布。在第一表面上和朝向第一表面处金纳米颗粒的浓度更高，其中随着远离第一表面，其浓度逐渐减小。在相对表面及其附近处，金的浓度接近于零。
然后，将延伸的电极层切成两部分并粘接在一起，其中两个第一表面(可以发现更高浓度的Au纳米颗粒)背离其接触面。使用少量的20％Nafion乙醇溶液粘接和胶粘介于两片玻璃片之间的两层膜。从顶部通过重量或者从侧面夹紧来施加一定的压力。将组件放在升高的温度下，应用一定的真空以允许溶剂和粘接剂挥发。
实施例3：通过预先形成的导电颗粒分散体的Nafion-Ag致动器
从Aldrich购买颗粒的平均直径小于100nm的预先形成的银纳米粉末(SNP)。在5％Nafion乙醇溶液中溶解SNP，超声波处理>24小时。浓度为200mg/mL，以每毫升5％Nafion溶液的SNP毫克数来计量。通过将0.3mL的Nafion-SNP溶液涂覆在覆盖有Teflon带的玻璃片上，开始形成延伸的电极层(即Nafion-SNP层)。在硅橡胶模具中(面积2.25英寸×1英寸＝14.5cm2)放置玻璃片。然后在室温下和在适度的真空(约15英寸汞柱，真实值)下固化聚合物几小时直到溶液蒸发。然后，Nafion-SNP层在升高的温度(约80℃)和在低的真空(约2英寸汞柱，真实值)下退火几小时。随后，通过在延伸的电极层上添加2mL的5％Nafion溶液，在延伸的电极层上形成包含Nafion的介电层。在室温下和在低真空(约2英寸汞柱，真实值)下固化，然后在较高的温度(约80℃)下和在低的真空(约2英寸汞柱，真实值)下退火直到溶剂蒸发。在玻璃片上形成包含Nafion-SNP层(即延伸的电极层)和Nafion层(即介电层)的两层复合物层薄膜。
用1mL的20％Nafion溶液将两层所述聚合物层(仍然在玻璃片上)粘结在一起。通过在玻璃片侧的夹具施加压力。然后将粘结的叠层在85℃下和在一定真空下固化，以再溶解邻近的聚合物相以及将两层薄膜无缝熔合在一起，形成具有夹层结构的聚合物复合物。将聚合物复合物逐渐冷却，并且浸渍在DI水中几小时以从玻璃片上除去复合物。
通过SEM分析多层聚合物复合物。SEM图像显示出复合物具有80.9μm的总厚度(在干燥状态下)。Nafion-SNP层(即延伸的电极层)的厚度分别是12.4μm和12.7μm。在两层粘结的薄膜之间没有观察到裂纹。此外，可以观察到小至50nm银纳米颗粒均匀分布在表面附近的Nafion基质中。
当应用小的电势时，所制备的致动器/传感器元件表现出非常好的致动性能。使用在0.5Hz处为±1V的方形波激励由该方法制备的致动器元件。在水饱和状态下，样品具有约140μm的厚度。通过高速照相机以120fps(闪光秒)记录致动器性能。取出当将应用的电压从+1V切换到-1V以及从-1V切换到+1V时的画面(frame)，在每个画面(frame)中的致动器元件的位置代表了在应用电压切换时的位移幅值。两邻近的画面(frame)相叠加(重叠)以测量变形幅值。使用公式：100％×最大位移/(标距×2)，可以计算致动位移的幅能。在这种情况下，样品的变形幅值是标距(gauge length)的22％。
通过在0.25Hz处为±2V的方形波激励由上述方法所制备的另一致动器元件。在水饱和的状态下，样品厚度为约177μm，显示出±16％的变形幅值。较大的厚度可能是导致较小变形(甚至在较高的应用电压下)的原因。然而，应当值得注意的是，致动是非常复杂的过程，其包括相关联的化学-电-机械原理。其它的能够促进致动变形的因素包括表面电阻、电场形态、溶剂浓度、阳离子组成、结构均匀性和完整性等。
实施例4：印刷板
使用大量硼掺杂的P++型<100>硅片制备具有刻蚀面积1.13cm2的印刷板或模板。在1500mA下用37.5％的HF乙醇水溶液刻蚀多孔硅晶片30秒，然后在9∶1(V∶V)49％水溶液HF:DMSO溶液中浸泡150分钟以扩大孔隙。在SEM图像中观察到大的孔隙率和20nm的小球形孔。另一多孔硅晶片首先使用低浓度的HF在高的电流密度下进行刻蚀，以电解抛光硅晶片表面，然后在2000mA下用37.5％的HF乙醇水溶液刻蚀约30秒。这种印刷板的横截面的SEM图像表明，在硅基板上形成宽约80nm和深约20μm的孔隙，从而显示出约250的纵横比。用10％的HF(从而较低的刻蚀速率)溶液刻蚀的另一晶片显示出约30nm或更小的非球形孔、超过约90％的超高孔隙率和约500nm的孔深度。通过在25mA下用10％的HF乙醇/水溶液刻蚀硅晶片约180秒，然后在乙醇中超声处理来获得另一样品。获得由直径约5nm-约8nm的硅纳米线和直径约50nm的孔构成的独立网络结构，并通过SEM观察得以证实。超声处理破坏刻蚀的多孔结构，使其坍塌形成较小的碎片。多孔薄膜最初正好位于硅晶片基板的上部。所获得的纳米结构具有非常大的表面面积与体积的比。
实施例5：使用多孔硅模板制备的印刷Nafion致动器
在23mA下用10％的HF乙醇水溶液刻蚀大量硼掺杂的P++型<100>硅晶片3分钟(刻蚀面积＝1.13cm2)，并且用乙醇进行干燥。在晶片上产生具有表面形貌的模板，所述模板包含几纳米的小孔和约200-约400nm的大孔。为了将表面性能从憎水性改性为亲水性，将晶片放置在600℃的炉中2小时以对硅进行氧化。通过在模板表面应用5％的Nafion乙醇溶液液滴形成离子聚合物复合物膜，在室温下和在真空下(约27英寸汞柱)固化几小时。为了增强聚合物膜，在形成的Nafion薄膜上应用20％的Nafion溶液液滴作为主链，固化并且退火。然后将完整的结构置于0.5M的NaOH溶液中以缓慢除去硅模板。然后独立的印刷的Nafion层/膜剥离模板并允许在空气中干燥。
通过SEM和AFM表征Nafion膜的印刷表面。在从多孔模板浇注的Nafion膜表面的SEM图像中观察到纳米尺度的表面形貌。与从未刻蚀的平面硅晶片浇注的Nafion膜表面的SEM图像比较，通过从纳米多孔模板进行印刷显著改善表面粗糙度或表面积。AFM拍击模式(AFM tapping mode)的表面扫描也证实了大的表面面积。
然后将两层印刷的Nafion层使用实施例3中所述的方法进行粘结以形成离子聚合物复合物。在粘结之前或在粘结之后，可以在两印刷表面上沉积导电层。

Claims (25)

1.一种离子聚合物装置，包括：
两个延伸的电极层，该电极层含有许多导电颗粒，其中所述许多导电颗粒在所述两个延伸的电极层的每个电极层中形成浓度梯度；
位于两个延伸的电极层之间的离子聚合物介电层；以及
在两个延伸的电极层的外表面上的至少一层导电层。
2.根据权利要求1所述的离子聚合物装置，其中，所述浓度梯度从两个延伸的电极层的外表面向离子聚合物介电层降低。
3.根据权利要求1所述的离子聚合物装置，被配置作为传感器或致动器。
4.一种离子聚合物装置，包括：
在两个相对的表面上的具有许多表面形貌的聚合物复合物；以及
在所述两个相对的表面的每个表面上的至少一层导电层。
5.根据权利要求4所述的离子聚合物装置，其中，所述至少一层导电层基本上覆盖所述许多表面形貌。
6.根据权利要求4所述的离子聚合物装置，其中，所述至少一层导电层也是印刷板。
7.根据权利要求4所述的离子聚合物装置，其中，所述聚合物复合物进一步包括两个延伸的电极层，该电极层含有许多导电颗粒，其中所述两个延伸的电极层的每个电极层是在所述两个相对的表面上和在所述两个相对的表面附近。
8.根据权利要求4所述的离子聚合物装置，被配置作为传感器或致动器。
9.一种制备离子聚合物装置的方法，包括：
提供在离子聚合物溶液中包含至少一种金属盐的混合物；
固化所述混合物以形成具有第一表面和第二表面的至少一层部分固化的聚合物层，其中所述至少一层部分固化的聚合物层包含所述至少一种金属盐；以及
还原所述至少一种金属盐以形成许多金属颗粒，从而在第一表面上和在第一表面附近形成第一延伸的电极层。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，还原所述至少一种金属盐包括在第二表面上将还原剂添加到的所述至少一层部分固化的聚合物层。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括还原所述至少一种金属盐以形成许多金属颗粒，从而在第二表面上和在第二表面附近形成第二延伸的电极层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述许多金属颗粒横跨在第一延伸的电极层和第二延伸的电极层的每层形成浓度梯度，其中在第一表面和第二表面上具有高的浓度。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括：
通过使所述至少一层部分固化的聚合物层固化，形成两层固化的聚合物层；以及
将所述两层固化的聚合物层结合以形成聚合物复合物。
14.根据权利要求9所述的方法，还包括：
通过使所述至少一层部分固化的聚合物层固化，形成两层固化的聚合物层；
在两层固化的聚合物层之间提供离子聚合物介电层；
将两层固化的聚合物层和离子聚合物介电层结合以形成聚合物复合物。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，所述许多金属颗粒横跨在第一延伸的电极层形成浓度梯度，其中在第一表面上具有高的浓度。
16.根据权利要求11、13或14所述的方法，还包括在第一表面和第二表面上沉积至少一层导电层。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，提供离子聚合物介电层包括提供第二离子聚合物溶液以及固化所述第二离子聚合物溶液以形成介电层。
18.一种制备离子聚合物装置的方法，包括：
提供至少一种在离子聚合物溶液中包含许多导电颗粒的混合物；
通过固化所述至少一种混合物，形成至少一层包含许多导电颗粒的延伸电极层；
在所述至少一层延伸的电极层的一层上提供离子聚合物介电层；以及
在所述至少一层延伸的电极层的外表面上沉积至少一层导电层。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，提供离子聚合物介电层包括：提供第二离子聚合物溶液以及固化所述第二离子聚合物溶液以形成介电层。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述许多导电颗粒在所述至少一层延伸的电极层中形成浓度梯度。
21.根据权利要求18所述的方法，还包括通过固化所述至少一种混合物来在介电聚合物层上形成第二延伸的电极层。
22.根据权利要求18所述的方法，还包括将所述至少一层延伸的电极层的两层和离子聚合物介电层进行结合。
23.一种制备离子聚合物装置的方法，包括：
提供至少一个印刷板；
提供离子聚合物溶液；以及
在所述至少一个印刷板上涂覆离子聚合物溶液，从而形成至少一层具有表面形貌的印刷的聚合物层。
24.根据权利要求23所述的方法，还包括去除所述至少一个印刷板以及在印刷的聚合物层上沉积至少一层导电层。
25.根据权利要求23所述的方法，还包括将两层印刷的聚合物层结合以形成聚合物复合物。
CNA2007800028664A 2006-01-23 2007-01-23 离子聚合物装置及其制备的方法 Pending CN101370858A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US76117506P 2006-01-23 2006-01-23
US60/761,175 2006-01-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101370858A true CN101370858A (zh) 2009-02-18

Family

ID=38288336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2007800028664A Pending CN101370858A (zh) 2006-01-23 2007-01-23 离子聚合物装置及其制备的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20090032394A1 (zh)
EP (1) EP1991606A2 (zh)
JP (1) JP2009523905A (zh)
KR (1) KR20080091455A (zh)
CN (1) CN101370858A (zh)
WO (1) WO2007084796A2 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102460618A (zh) * 2009-04-22 2012-05-16 Idit技术集团 离子聚合物金属复合电容器
TWI399488B (zh) * 2009-12-31 2013-06-21 Nat Univ Chung Cheng 微流體驅動裝置
US9653745B2 (en) 2011-08-23 2017-05-16 Toray Industries, Inc. Block copolymer, manufacturing method therefor, and polymer electrolyte material, molded polymer electrolyte, and solid-polymer fuel cell using said block copolymer
CN108479437A (zh) * 2018-04-09 2018-09-04 南阳师范学院 一种聚电解质、离子交换膜及其制备方法

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8574716B2 (en) 2006-01-23 2013-11-05 Hitachi Chemical Co., Ltd. Ionic polymer devices and methods of fabricating the same
JP5186160B2 (ja) * 2007-08-31 2013-04-17 東海ゴム工業株式会社 柔軟電極およびそれを用いたアクチュエータ
US20090086025A1 (en) * 2007-10-01 2009-04-02 Enerfuel Camera system
KR100924772B1 (ko) * 2007-11-07 2009-11-05 한국전자통신연구원 고속 고분자 구동기의 제조방법
JPWO2009096419A1 (ja) * 2008-01-28 2011-05-26 株式会社クラレ 可撓性を有する変形センサ
WO2010010873A1 (ja) * 2008-07-22 2010-01-28 アルプス電気株式会社 高分子アクチュエータ
WO2010017227A1 (en) 2008-08-05 2010-02-11 Sakti3, Inc. Electrochemical cell including functionally graded components
IT1392321B1 (it) * 2008-12-15 2012-02-24 St Microelectronics Srl Sistema sensore/attuatore interamente in materiale organico
JP2012080595A (ja) * 2009-02-06 2012-04-19 Alps Electric Co Ltd 高分子アクチュエータ及びその製造方法
GR1007310B (el) * 2009-03-09 2011-06-10 Αχιλλεας Τσουκαλης Εμφυτευσιμος βιοαισθητηρας με αυτοματη βαθμονομηση
JP5402140B2 (ja) * 2009-03-24 2014-01-29 ソニー株式会社 アクチュエータ
KR101198073B1 (ko) * 2010-07-28 2012-11-07 서강대학교산학협력단 이온성 고분자 복합체 및 그 제조방법
JP5764361B2 (ja) * 2010-12-17 2015-08-19 古河電気工業株式会社 誘電体、及びキャパシタ型蓄電池
CN103998777B (zh) * 2011-12-19 2016-12-07 松下电器产业株式会社 致动器
WO2014039798A1 (en) * 2012-09-06 2014-03-13 California Institute Of Technology Light-driven hydroiodic acid splitting from semiconductive fuel generator
US9540741B2 (en) 2012-09-06 2017-01-10 The California Institute Of Technology Light-driven hydroiodic acid splitting from semiconductive fuel generator
WO2014052470A1 (en) * 2012-09-25 2014-04-03 Arizona Board Of Regents Acting For And On Behalf Of Arizona State University Electrochemical pressure transducer
WO2014178426A1 (ja) * 2013-05-02 2014-11-06 富士フイルム株式会社 エッチング方法、これに用いるエッチング液およびエッチング液のキット、ならびに半導体基板製品の製造方法
JP6266909B2 (ja) * 2013-07-11 2018-01-24 一般財団法人電力中央研究所 イオン性素子の製造方法
JP6266910B2 (ja) * 2013-07-11 2018-01-24 一般財団法人電力中央研究所 イオン性素子および電子機器
JP6362306B2 (ja) * 2013-07-11 2018-07-25 一般財団法人電力中央研究所 イオン性素子モジュールおよび電子機器、ならびにイオン性素子の駆動方法
JP6779863B2 (ja) * 2014-05-09 2020-11-04 カウンスィル オブ サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチＣｏｕｎｃｉｌ Ｏｆ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ＆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ 改良された次世代の実験室外ポリマーチップ電極
US9951757B2 (en) * 2014-07-31 2018-04-24 Battelle Memorial Institute Increased force generation in electroactive polymers
WO2016093159A1 (ja) * 2014-12-11 2016-06-16 コニカミノルタ株式会社 単層樹脂フィルム、その製造方法、それを具備した太陽電池用バックシート、偏光板保護フィルム、建築用部材、自動車用部材及びモバイル機器用加飾シート
DE112016003948T5 (de) 2015-08-31 2018-05-09 City Of Sapporo Molekulare verfahren zum beurteilen einer urothelialen erkrankung
US10730785B2 (en) 2016-09-29 2020-08-04 Nlight, Inc. Optical fiber bending mechanisms
US10295845B2 (en) 2016-09-29 2019-05-21 Nlight, Inc. Adjustable beam characteristics
US10761734B2 (en) * 2017-08-30 2020-09-01 General Electric Company Systems and methods for data frame representation
KR102476615B1 (ko) * 2018-10-22 2022-12-09 한양대학교 산학협력단 커패시터형 압력센서 및 그 제조방법
US11233189B2 (en) 2018-12-11 2022-01-25 Facebook Technologies, Llc Nanovoided tunable birefringence

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61295387A (ja) * 1985-06-21 1986-12-26 Japan Storage Battery Co Ltd イオン交換樹脂膜−電極接合体の製造法
US4602426A (en) * 1985-06-28 1986-07-29 Union Carbide Corporation Method of producing a gas diffusion electrode
US6054230A (en) * 1994-12-07 2000-04-25 Japan Gore-Tex, Inc. Ion exchange and electrode assembly for an electrochemical cell
US6475639B2 (en) * 1996-01-18 2002-11-05 Mohsen Shahinpoor Ionic polymer sensors and actuators
CA2243527A1 (en) * 1996-01-18 1997-07-24 University Of New Mexico Soft actuators and artificial muscles
US6287717B1 (en) * 1998-11-13 2001-09-11 Gore Enterprise Holdings, Inc. Fuel cell membrane electrode assemblies with improved power outputs
US6300000B1 (en) * 1999-06-18 2001-10-09 Gore Enterprise Holdings Fuel cell membrane electrode assemblies with improved power outputs and poison resistance
US6641862B1 (en) * 1999-09-24 2003-11-04 Ion Power, Inc. Preparation of fuel cell electrode assemblies
JP2002025564A (ja) * 2000-07-06 2002-01-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd 高分子電解質型燃料電池とその製造方法
US20060251965A1 (en) * 2003-07-31 2006-11-09 Mori Nagayama Secondary cell electrode and fabrication method, and secondary cell, complex cell, and vehicle
JP2006185800A (ja) * 2004-12-28 2006-07-13 Dainippon Printing Co Ltd 電極−高分子電解質膜接合体を製造するための転写シート、電極−高分子電解質膜接合体及びこれらの製造方法
JP5002939B2 (ja) * 2005-10-28 2012-08-15 日産自動車株式会社 燃料電池用電解質膜および膜電極接合体

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102460618A (zh) * 2009-04-22 2012-05-16 Idit技术集团 离子聚合物金属复合电容器
TWI399488B (zh) * 2009-12-31 2013-06-21 Nat Univ Chung Cheng 微流體驅動裝置
US9653745B2 (en) 2011-08-23 2017-05-16 Toray Industries, Inc. Block copolymer, manufacturing method therefor, and polymer electrolyte material, molded polymer electrolyte, and solid-polymer fuel cell using said block copolymer
CN108479437A (zh) * 2018-04-09 2018-09-04 南阳师范学院 一种聚电解质、离子交换膜及其制备方法
CN108479437B (zh) * 2018-04-09 2021-01-15 南阳师范学院 一种聚电解质、离子交换膜及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009523905A (ja) 2009-06-25
EP1991606A2 (en) 2008-11-19
WO2007084796A3 (en) 2008-07-17
KR20080091455A (ko) 2008-10-13
WO2007084796A2 (en) 2007-07-26
US20090032394A1 (en) 2009-02-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101370858A (zh) 离子聚合物装置及其制备的方法
CN101942104B (zh) 离子聚合物装置及其制备方法
Zhang et al. Bioinspired smart asymmetric nanochannel membranes
US20090301875A1 (en) Ionic polymer devices and methods of fabricating the same
CN101965657B (zh) 用于电化学装置的材料
Gao et al. Imidazolium sulfonate-containing pentablock copolymer–ionic liquid membranes for electroactive actuators
Yang et al. Block copolymer nanopatterning for nonsemiconductor device applications
Naji et al. Fabrication of SGO/Nafion-based IPMC soft actuators with sea anemone-like Pt electrodes and enhanced actuation performance
CN110997987A (zh) 在导电基材上形成功能材料层
Fahmi et al. Fabrication of Metallized Nanowires from Self‐Assembled Diblock Copolymer Templates
US20190341639A1 (en) Method and apparatus for forming electrode catalyst layer by electrospray method
WO2020158719A1 (ja) 電極付きアルカリ水電解用隔膜、その製造方法、及び水電解装置
RU2515574C2 (ru) Электропроводный твердый композиционный материал и способ его получения
US11926524B1 (en) Methods, apparatus, and systems for fabricating solution-based conductive 2D and 3D electronic circuits
Piao et al. Fabrication of nanostructured materials using porous alumina template and their applications for sensing and electrocatalysis
KR100939021B1 (ko) 나노입자가 포함된 고분자 나노로드 및 그 제조방법
CN116741550B (zh) 柔性可拉伸的水凝胶叉指状电极及基于其的微超级电容器
Liu et al. Anisotropic characteristics and morphological control of silicon nanowires fabricated by metal-assisted chemical etching
CN111118578B (zh) 一种基于电泳驱动的二维金属有机骨架纳米片固态纳米孔制备方法
Jiang et al. Cu-Cu bonding with cu nanowire arrays for electronics integration
KR20230084575A (ko) 자립형 그래핀 산화물 또는 환원된 그래핀 산화물 필름의 제조 방법
CN112981497B (zh) 一种基于电凝胶过程的多孔MXene水凝胶制备方法及其应用
Zhang et al. Electrode preparation and electro-deformation of ionic polymer-metal composite (IPMC)
Zhou et al. Patterned self-assembled film guided electrodeposition
CN116959775A (zh) 一种三维pedot:pss凝胶碳纳米复合材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20090218