專利名稱：基于離子聚合物金屬復(fù)合物的有限轉(zhuǎn)角裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角裝置，尤其是涉及一種基于離子聚合物金屬復(fù)合物的有限轉(zhuǎn)角裝置。
背景技術(shù)：
離子聚合物金屬復(fù)合物是一種離子型的電致動(dòng)聚合物，由于離子聚合物金屬復(fù)合物材料具有質(zhì)量輕、質(zhì)地柔軟、有彈性、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，而且在低電壓激勵(lì)下可產(chǎn)生較大變形以及較好的生物兼容性，因此近幾年成為了研究熱點(diǎn)。在外加電場(chǎng)的作用下，離子聚合物金屬復(fù)合物材料內(nèi)部的離子會(huì)帶動(dòng)水分子發(fā)生遷移而導(dǎo)致沿厚度方向形成壓力差產(chǎn)生變形。目前關(guān)于離子聚合物金屬復(fù)合物的研究主要集中在改善離子聚合物金屬復(fù)合 物的性能，以及對(duì)其的控制方面，而對(duì)其應(yīng)用的研究卻很少。從目前已發(fā)表的文獻(xiàn)來看，其應(yīng)用研究主要集中在驅(qū)動(dòng)器方面，而將離子聚合物金屬復(fù)合物作為驅(qū)動(dòng)器用于有限轉(zhuǎn)角裝置的研究更少。傳統(tǒng)的有限轉(zhuǎn)角的裝置大多是利用電磁驅(qū)動(dòng)，存在整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大而且有明顯噪音等缺點(diǎn)。公開號(hào)為CN102748441A的中國(guó)專利提供一種在絲杠上作直線運(yùn)動(dòng)的絲母帶動(dòng)連桿實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的有限轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)，但存在結(jié)構(gòu)質(zhì)量重，機(jī)構(gòu)之間運(yùn)動(dòng)的傳遞使得能量的利用效率降低。公開號(hào)為CN101345459A的中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)峁┮环N新型有限轉(zhuǎn)角電動(dòng)機(jī)，采用無刷電磁結(jié)構(gòu),體積小,質(zhì)量輕,但材料的要求較高而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量利用效率高、噪聲小、空間利用率高的一種基于離子聚合物金屬復(fù)合物的有限轉(zhuǎn)角裝置。本發(fā)明設(shè)有電源控制器、驅(qū)動(dòng)器、電極、限位件、轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)軸支撐體；電源控制器通過導(dǎo)線與電極連接，電極固于轉(zhuǎn)軸支撐體上，驅(qū)動(dòng)器與電極連接，限位件下端與驅(qū)動(dòng)器間隙配合，限位件上端與轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸支撐體轉(zhuǎn)動(dòng)配合；所述驅(qū)動(dòng)器為離子聚合物金屬復(fù)合物驅(qū)動(dòng)器。所述驅(qū)動(dòng)器可為長(zhǎng)方形、半圓形或三角形片狀驅(qū)動(dòng)器，由離子聚合物金屬復(fù)合物的膜層組合構(gòu)成。所述電極可為銅電極。所述限位件可為L(zhǎng)字形桿、圓弧形桿等不同形狀的限位件，限位件設(shè)有限位槽，所述驅(qū)動(dòng)器一端位于該限位槽中。所述轉(zhuǎn)軸支撐體可為絕緣材料的圓管狀或其他幾何狀的轉(zhuǎn)軸支撐體，內(nèi)設(shè)軸承，所述轉(zhuǎn)軸通過軸承與轉(zhuǎn)軸支撐體轉(zhuǎn)動(dòng)配合。所述驅(qū)動(dòng)器、電極和限位件共同構(gòu)成驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量最好設(shè)2 4組，以所述轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)，各組驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)稱設(shè)置。
所述離子聚合物金屬復(fù)合物是由離子交換樹脂(有全氟磺酸基的離子交換膜以及全氟羧基的離子交換膜等)與貴金屬(如鉬、銀等)電極組成的復(fù)合材料，可以通過化學(xué)鍍的方法獲得。下面給出離子聚合物金屬復(fù)合物的制備方法:I) Nafion離子交換膜的預(yù)處理:裁剪50mmX IOmm左右的Naf ion膜片，用細(xì)砂紙(1500#)在其表面均勻打磨。打磨完成放入去離子水中超聲清洗0.5h，然后將膜放入0.5mol/L的稀硫酸中80°煮lh，取出膜，用去離子水反復(fù)清洗，并在去離子水中加熱煮沸30min，取出膜，放入雙氧水(15%)中加熱煮沸30min，再用去離子水清洗，加熱煮沸30min，以使膜充分溶脹，清洗預(yù)處理完畢。2)離子交換過程:配置好含Pt濃度為2mg/ml的鉬氨復(fù)合物([Pt(NH3)JCl2)，Pt的含量根據(jù)所鍍Nafion膜的面積計(jì)算，一般每Icm2面積Nafion膜上至少有3mg的Pt。對(duì)于面積為IOcm2的Nafion膜，至少需要15ml的2mg/ml的鉬氨復(fù)合物([Pt(NH3)JCl2)水溶液。在浸泡的過程中，向溶液中添加l/3ml氨水溶液(5%NH3.H2O)來中和，在室溫，密閉的條件下將膜浸泡于混合溶液中3h以上(通常放整晚)。(保證膜上3mg/cm2的Pt, Icm2對(duì)應(yīng)l/30ml的氨水)3)—次金屬還原過程:將面積為IOcm2的Nafion膜放在 盛 有108ml去離子水的水浴鍋中，開始在40°C下水浴。然后每隔30min加入2/3ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的硼氫化鈉(NaBH4)水溶液，共7次，逐步將溫度升高到60°C。還原劑的數(shù)量必須與膜的面積成比例。最后一次添加20/3ml還原劑，并且在60°C的溫度下攪拌1.5h,以保證充分反應(yīng)。納米級(jí)Pt顆粒只在Nafion膜的表面及接近表面的區(qū)域沉積。(Icm2對(duì)應(yīng)l/15ml的硼氫化鈉(NaBH4))一次還原過程反應(yīng)機(jī)理為:NaBH4+4 [Pt (NH3) 4] 2++80H_ — 4Pt+16NH3+NaB02+6H20第一次還原完成后，用超純水清洗，并放入0.lmol/L的稀鹽酸中40°C超聲波振蕩
0.5h ；4) 二次金屬還原:最后放入[Pt (NH3)JCl2溶液與氨水的混合液中(水浴40°C )，膜表面積IOcm2左右，大約需要15ml的Pt鹽溶液與2ml的5%氨水，每隔30min滴加還原劑Iml的0.5%的氯化羥胺與0.5ml20%的水合肼溶液(2: I )，并逐步升溫到60°C，直至溶液中無[Pt(NH3)4]2+絡(luò)合離子存在，逐步升溫過程至少需要1.5 2h，即每IOmin升高2°C左右，反應(yīng)完成后得到薄膜狀物質(zhì)(保證膜上2mg/cm2的Pt，還原劑氯化羥胺的量是膜面積的十分之一)，該薄膜狀物質(zhì)即為離子聚合物金屬復(fù)合物。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點(diǎn):由于驅(qū)動(dòng)器是由離子聚合物金屬復(fù)合物構(gòu)成，電源控制器通過電極提供驅(qū)動(dòng)電壓可使驅(qū)動(dòng)器發(fā)生彎曲變形；驅(qū)動(dòng)器變形帶動(dòng)限位件及轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)(有限轉(zhuǎn)角)，限位件同時(shí)限制驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)范圍，從而實(shí)現(xiàn)有限轉(zhuǎn)角裝置的運(yùn)行。本發(fā)明可用于機(jī)電等許多領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有電源控制器1、驅(qū)動(dòng)器3、電極2、限位件4、轉(zhuǎn)軸5和轉(zhuǎn)軸支撐體6。電源控制器I通過導(dǎo)線與電極2連接，電極2固于轉(zhuǎn)軸支撐體6上，驅(qū)動(dòng)器3與電極2連接，限位件4下端與驅(qū)動(dòng)器3間隙配合，限位件4上端與轉(zhuǎn)軸5連接，轉(zhuǎn)軸5與轉(zhuǎn)軸支撐體6轉(zhuǎn)動(dòng)配合；所述驅(qū)動(dòng)器I為離子聚合物金屬復(fù)合物驅(qū)動(dòng)器。
所述驅(qū)動(dòng)器I為長(zhǎng)方形片狀驅(qū)動(dòng)器，由離子聚合物金屬復(fù)合物的膜層組合構(gòu)成。所述電極2為銅電極。所述限位件4為L(zhǎng)字形桿，限位件4設(shè)有限位槽，所述驅(qū)動(dòng)器I 一端位于限位槽中。所述轉(zhuǎn)軸支撐體6為管，管內(nèi)設(shè)有軸承(圖中未畫出)，所述轉(zhuǎn)軸5通過軸承與轉(zhuǎn)軸支撐體6轉(zhuǎn)動(dòng)配合。所述驅(qū)動(dòng)器1、電極2和限位件4共同構(gòu)成驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量為4組，以所述轉(zhuǎn)軸5為基準(zhǔn)，各組驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)稱設(shè)置。
權(quán)利要求
1.基于離子聚合物金屬復(fù)合物的有限轉(zhuǎn)角裝置，其特征在于設(shè)有電源控制器、驅(qū)動(dòng)器、電極、限位件、轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)軸支撐體； 電源控制器通過導(dǎo)線與電極連接，電極固于轉(zhuǎn)軸支撐體上，驅(qū)動(dòng)器與電極連接，限位件下端與驅(qū)動(dòng)器間隙配合，限位件上端與轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸支撐體轉(zhuǎn)動(dòng)配合；所述驅(qū)動(dòng)器為離子聚合物金屬復(fù)合物驅(qū)動(dòng)器。
2.如權(quán)利要求1所述的基于離子聚合物金屬復(fù)合物的有限轉(zhuǎn)角裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)器為長(zhǎng)方形、半圓形或三角形片狀驅(qū)動(dòng)器，由離子聚合物金屬復(fù)合物的膜層組合構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1所述的基于離子聚合物金屬復(fù)合物的有限轉(zhuǎn)角裝置，其特征在于所述電極為銅電極。
4.如權(quán)利要求1所述的基于離子聚合物金屬復(fù)合物的有限轉(zhuǎn)角裝置，其特征在于所述限位件為L(zhǎng)字形桿或圓弧形桿，限位件設(shè)有限位槽，所述驅(qū)動(dòng)器一端位于該限位槽中。
5.如權(quán)利要求1所述的基于離子聚合物金屬復(fù)合物的有限轉(zhuǎn)角裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)軸支撐體為圓管狀的絕緣材料轉(zhuǎn)軸支撐體，轉(zhuǎn)軸支撐體內(nèi)設(shè)軸承，所述轉(zhuǎn)軸通過軸承與轉(zhuǎn)軸支撐體轉(zhuǎn)動(dòng)配合。
6.如權(quán)利要求1所述的基于離子聚合物金屬復(fù)合物的有限轉(zhuǎn)角裝置，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)器、電極和限位件共同構(gòu)成驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置的數(shù)量設(shè)至少2組，以所述轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)，各組驅(qū)動(dòng)裝置為陣列設(shè)置。
7.如權(quán)利要求1所述的基于離子聚合物金屬復(fù)合物的有限轉(zhuǎn)角裝置，其特征在于所述陣列設(shè)置是以所述轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)， 各組驅(qū)動(dòng)裝置處于轉(zhuǎn)軸的相同軸向距離位置上，且呈對(duì)稱分布；或者是各組驅(qū)動(dòng)裝置處于轉(zhuǎn)軸的不同軸向距離位置上，且呈階梯式分布。
全文摘要
基于離子聚合物金屬復(fù)合物的有限轉(zhuǎn)角裝置，涉及一種轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角裝置。提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能量利用效率高、噪聲小、空間利用率高的一種基于離子聚合物金屬復(fù)合物的有限轉(zhuǎn)角裝置。設(shè)有電源控制器、驅(qū)動(dòng)器、電極、限位件、轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)軸支撐體；電源控制器通過導(dǎo)線與電極連接，電極固于轉(zhuǎn)軸支撐體上，驅(qū)動(dòng)器與電極連接，限位件下端與驅(qū)動(dòng)器間隙配合，限位件上端與轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)軸支撐體轉(zhuǎn)動(dòng)配合；所述驅(qū)動(dòng)器為離子聚合物金屬復(fù)合物驅(qū)動(dòng)器。所述離子聚合物金屬復(fù)合物是由離子交換樹脂與貴金屬電極組成的復(fù)合材料，可以通過化學(xué)鍍的方法獲得。
文檔編號(hào)H02N2/00GK103219915SQ20131015655
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者趙揚(yáng), 徐兵, 孫道恒, 何廣奇, 邱小椿, 莊明鳳, 王偉, 黃偉偉 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)