左雙雙 習(xí)爽

摘?要?利用電化學(xué)沉積法制備了聚吡咯（Polypyrrole，PPy）驅(qū)動(dòng)器，考察了制備過程中沉積溫度、電流密度、沉積時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)形貌和導(dǎo)電性的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)沉積溫度在25～30℃之間、聚合時(shí)間10 h、電流密度為0.1 mA/cm2時(shí)，得到的PPy薄膜均勻致密且導(dǎo)電性好。利用微型激光傳感器、數(shù)據(jù)采集器、電化學(xué)工作站和測(cè)量顯微鏡等儀器搭建了驅(qū)動(dòng)器位移測(cè)試平臺(tái)，采用正交實(shí)驗(yàn)測(cè)試不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)與偏轉(zhuǎn)位移的依賴關(guān)系，從而得到聚吡咯驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)特性：尖端偏轉(zhuǎn)位移與驅(qū)動(dòng)電壓成正比;尖端偏轉(zhuǎn)位移與驅(qū)動(dòng)器長(zhǎng)度及寬度有關(guān)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)偏轉(zhuǎn)位移越大，寬度越大偏轉(zhuǎn)位移越大;并且從驅(qū)動(dòng)性能的角度優(yōu)化選擇了工藝參數(shù)，為PPy驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)化制備和實(shí)際應(yīng)用提供了完整的參數(shù)模型。本研究可為PPy驅(qū)動(dòng)器在人工肌肉、傳感器和執(zhí)行器及微納操縱系統(tǒng)中的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞?聚吡咯; 導(dǎo)電聚合物驅(qū)動(dòng)器; 電化學(xué)沉積

1?引 言

隨著納米技術(shù)的發(fā)展，大量新型納米結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，使得納米系統(tǒng)/納米器件的構(gòu)建成為可能。然而，構(gòu)建具有特定功能的納米器件，首先須開發(fā)出微型操縱系統(tǒng)，以便于操縱或組裝納米結(jié)構(gòu)。微型操縱系統(tǒng)的精度和分辨率主要依賴于其中的驅(qū)動(dòng)器部分，驅(qū)動(dòng)器的性能直接決定了操縱系統(tǒng)能否滿足納米操縱/組裝的操作要求[1]。進(jìn)行納米操縱的驅(qū)動(dòng)器需滿足小變形、小應(yīng)力、高精度的要求，利用彈性材料的變形行為制備驅(qū)動(dòng)器為其提供了新的思路。導(dǎo)電聚合物是一種能感覺周圍環(huán)境變化，并且針對(duì)環(huán)境變化能采取響應(yīng)對(duì)策的新興材料[2]，由于其自身的電化學(xué)機(jī)械特性，導(dǎo)電聚合物可用于外界環(huán)境刺激下產(chǎn)生彎曲運(yùn)動(dòng)的器件，即作為驅(qū)動(dòng)器使用。與其它驅(qū)動(dòng)器相比，導(dǎo)電聚合物柔軟且具有彈性，機(jī)械性能優(yōu)異，導(dǎo)電性好，使其非常適于制備由電場(chǎng)控制的軟驅(qū)動(dòng)器[3，4]。

聚吡咯（Polypyrrole，PPy）是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ膶?dǎo)電聚合物，具有單體無(wú)毒、成本低和導(dǎo)電率高等優(yōu)點(diǎn)，將PPy用于制備驅(qū)動(dòng)器，可獲得驅(qū)動(dòng)電壓低、可在水和空氣中運(yùn)行等優(yōu)異特性[5～8]，基于PPy的導(dǎo)電聚合物驅(qū)動(dòng)器被廣泛運(yùn)用于生物醫(yī)學(xué)設(shè)備、仿生機(jī)器人、傳感器等領(lǐng)域[9～11]。使用PPy導(dǎo)電聚合物構(gòu)造的驅(qū)動(dòng)器被稱為PPy驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)電化學(xué)摻雜PPy時(shí)，離子被送入PPy內(nèi)部，引起體積膨脹。施加很低的電壓（低于1 V）以膨脹和收縮的形式控制PPy體積變化，使驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生彎曲位移，從而將電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械能[12]。近年來(lái)，研究者對(duì)PPy驅(qū)動(dòng)器的制備及其驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行了大量研究。如Wang等[13]基于石墨烯纖維/PPy非對(duì)稱結(jié)構(gòu)制備了纖維性驅(qū)動(dòng)器。Alici等[1]制備了在空氣中運(yùn)行的條狀PPy驅(qū)動(dòng)器; 并構(gòu)建了數(shù)學(xué)模型，能夠近似模擬出PPy驅(qū)動(dòng)器在施加電壓后的變形行為。然而，PPy驅(qū)動(dòng)器的特性與其機(jī)械、電學(xué)和化學(xué)性能密切相關(guān)，使得其驅(qū)動(dòng)特性難以預(yù)測(cè)[14]。為了充分發(fā)揮PPy驅(qū)動(dòng)器在納米操縱中的應(yīng)用潛力，迫切需要闡明其致動(dòng)機(jī)制，構(gòu)建精確的理論模型，以提高驅(qū)動(dòng)行為的可預(yù)測(cè)性。此外，PPy驅(qū)動(dòng)器的制備的關(guān)鍵步驟在于得到均勻致密的PPy薄膜。常用的PPy薄膜的制備方法主要有模板法、化學(xué)氧化法及電化學(xué)聚合法[15～18]，對(duì)比這3種制備方法，電化學(xué)合成具有很多優(yōu)點(diǎn)： 制備工藝簡(jiǎn)單易操作，反應(yīng)條件易于控制; 得到的產(chǎn)品純度高; PPy膜的性能可通過改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)控制; 制備過程中可同時(shí)采集電流、電壓等參數(shù)。

基于此，本研究采用電化學(xué)沉積方法制備PPy驅(qū)動(dòng)器，深入考察了關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)制備的PPy驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行性能表征，系統(tǒng)分析工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)與驅(qū)動(dòng)性能之間的依賴關(guān)系，從而得到PPy驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)特性。本研究將為PPy驅(qū)動(dòng)器的制備提供優(yōu)化的工藝參數(shù)，為PPy驅(qū)動(dòng)器在生物醫(yī)藥、納米操縱及傳感驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供相應(yīng)的理論基礎(chǔ)。

2?實(shí)驗(yàn)部分

2.1?儀器與試劑

CHI660E電化學(xué)工作站（上海辰華儀器有限公司）;FEI Quanta 200掃描電子顯微鏡（SEM，荷蘭FEI公司）;HG-C1050微型激光傳感器（日本神視SUNX松下電器）;數(shù)據(jù)采集器（自制）; BC1800測(cè)量顯微鏡（博晟電子科技有限公司）

吡咯（薩恩化學(xué)技術(shù)（上海）有限公司），經(jīng)蒸餾提純后保存待用。定制電解液（南京莫杰斯能源科技有限公司）由0.1 mol/L雙三氟甲基磺酰亞胺鋰（Li+TFSI）與碳酸丙烯酯（PC）混合而成。IPVH00010型PVDF膜（美國(guó)Millipore公司）孔徑為0.45 μm，厚度約為110 μm。液氮（南京蘭葉氣體有限責(zé)任公司）;干冰（上海華汀實(shí)業(yè)有限公司）;無(wú)水乙醇（南京化學(xué)試劑股份有限公司）。實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

2.2?驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)機(jī)理

導(dǎo)電聚合物驅(qū)動(dòng)器有五層結(jié)構(gòu)（PPy-Au-PVDF-Au-PPy），在施加電壓后會(huì)發(fā)生彎曲變形，使用恒壓源通過電極夾對(duì)驅(qū)動(dòng)器施加電壓，驅(qū)動(dòng)器向負(fù)極方向彎曲，改變恒壓源正負(fù)極，驅(qū)動(dòng)器改變了偏轉(zhuǎn)方向，但仍向負(fù)極方向彎曲。驅(qū)動(dòng)器中的偏轉(zhuǎn)是通過在電極上施加電勢(shì)實(shí)現(xiàn)的，基體材料PVDF儲(chǔ)存電解液使得整個(gè)結(jié)構(gòu)類似一個(gè)電解池。聚合物內(nèi)外的電荷流的速率和大小取決于電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率、PVDF孔隙率、施加的電位差等，當(dāng)電子從一個(gè)PPy層傳導(dǎo)到另一個(gè)PPy層時(shí)，由于外加電位，會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，雙三氟甲基磺酰陰離子（TFSI）通過電解質(zhì)從還原的PPy層中移出并進(jìn)入氧化的PPy層，以中和電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電荷不平衡，在帶正電的電極上PPy層被氧化，而帶負(fù)電的電極上PPy被還原?；瘜W(xué)過程表示如下[19]：

摻雜后PPy的氧化態(tài)。在PPy層中，TFSI陰離子會(huì)從電解質(zhì)遷移到帶正電荷的聚合物電極上，導(dǎo)致正極體積膨脹，TFSI陰離子離開負(fù)電極一側(cè)，導(dǎo)致負(fù)極收縮，總的結(jié)果是驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)將向負(fù)極/陰極彎曲。氧化還原反應(yīng)可引起內(nèi)部電荷遷入與遷出，變換電極正負(fù)極可使得驅(qū)動(dòng)器末端往復(fù)擺動(dòng)。

2.3?PPy驅(qū)動(dòng)器制備過程

制備導(dǎo)電聚合物驅(qū)動(dòng)器主要分為兩步：磁控濺射金和電化學(xué)沉積PPy。首先使用磁控濺射鍍膜機(jī)在PVDF兩面分別濺射厚度50 nm的金層，然后采用兩電極體系在鍍金PVDF膜的兩側(cè)沉積PPy薄膜，工作電極連接PVDF薄膜，對(duì)電極為銅片。電解質(zhì)溶液主體為定制電解液，向其中加入0.5 mol/L吡咯和質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為0.5%的水。整個(gè)裝置通電前，在溶液中通氮除氧，并使用磁力攪拌器攪拌30 min，除去溶液中的氧氣后，密封電化學(xué)沉積池，控制沉積溫度在25～30℃之間，設(shè)置沉積電流密度和時(shí)間。沉積過程結(jié)束后，使用PC溶液徹底沖洗樣品，并將其保存在Li+TFSI/PC溶液中。

2.4?測(cè)試表征

使用SEM對(duì)驅(qū)動(dòng)器的表面形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試。

對(duì)制備好的驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行位移測(cè)試，從而驗(yàn)證其驅(qū)動(dòng)性能。驅(qū)動(dòng)器位移測(cè)試平臺(tái)主要由HG-C1050微型激光傳感器、數(shù)據(jù)采集器、CHI660E電化學(xué)工作站、BC1800測(cè)量顯微鏡等儀器組成。

由于PPy驅(qū)動(dòng)器尺寸小、位移小，所以本研究采用非接觸式微型激光位移傳感器對(duì)致動(dòng)器的機(jī)電性能進(jìn)行研究，測(cè)量0～1.0 V低電壓下驅(qū)動(dòng)器的電響應(yīng)，數(shù)據(jù)通過自制的數(shù)據(jù)采集器傳入電腦中。數(shù)據(jù)采集器一端連接激光位移傳感器，另一端連接電腦，可直接在電腦上輸出位移值。CHI660E電化學(xué)工作站在位移測(cè)試實(shí)驗(yàn)中作為恒電位儀，將電壓施加到驅(qū)動(dòng)器兩側(cè)的聚合物薄膜上，由于聚合物的電機(jī)械性能而發(fā)生體積變化，進(jìn)而產(chǎn)生彎曲位移，將電化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

對(duì)導(dǎo)電聚合物驅(qū)動(dòng)器施加恒壓會(huì)發(fā)生彎曲變形，斷開電源后即恢復(fù)到初始位置。如圖1所示，對(duì)驅(qū)動(dòng)器（17 mm × 2 mm × 0.17 mm）施加1.0 V電壓，隨著通電時(shí)間的延長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)器發(fā)生彎曲運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過5 s，驅(qū)動(dòng)器自由端沿順時(shí)針方向彎曲到圖1B位置，尖端位移約為4 mm;10 s時(shí)，驅(qū)動(dòng)器達(dá)到圖1C位置，尖端位移約為6 mm;15 s時(shí)，驅(qū)動(dòng)器達(dá)到圖1D位置，尖端位移約為8 mm;又經(jīng)過5 s，驅(qū)動(dòng)器達(dá)到圖1E的位置，彎曲幅度約9 mm，隨后驅(qū)動(dòng)器達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

3?結(jié)果與討論

3.1?PPy驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)和形貌表征

3.1.1?聚合溫度對(duì)形貌的影響?聚合溫度是PPy電化學(xué)沉積的重要參數(shù)之一，降低溫度有利于提高聚合物結(jié)構(gòu)的有序性，降低聚合物中缺陷結(jié)構(gòu)的含量，導(dǎo)電率也較高，這是因?yàn)樯邷囟葧?huì)加速離子擴(kuò)散，導(dǎo)致沉積反應(yīng)速度加快，這有利于材料的生成，但過高的溫度同樣會(huì)導(dǎo)致生成物PPy溶解度的增加或副反應(yīng)加速，溫度較高時(shí)會(huì)形成α位上有一個(gè)取代基的吡咯衍生物，該衍生物只能生成可溶性的二聚物，所以吡咯不完全反應(yīng)成PPy，已經(jīng)生成的PPy不是致密的PPy膜，對(duì)機(jī)械和電化學(xué)性能都有影響;而在低溫下，吡咯傾向以α-α聚合形成鏈狀結(jié)構(gòu)，生成致密的PPy薄膜，但當(dāng)溫度低于30℃時(shí)，導(dǎo)電率又會(huì)出現(xiàn)明顯的下降[20]。所以，本研究選擇聚合實(shí)驗(yàn)中沉積溫度在25～30℃之間。為實(shí)現(xiàn)如此的低溫環(huán)境，沉積過程中將沉積池置于乙醇溶液中并不斷加入干冰，維持在25～30℃之間。為了驗(yàn)證溫度控制的重要性，設(shè)置了一組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，其它實(shí)驗(yàn)環(huán)境相同，只是延長(zhǎng)了加干冰的時(shí)間間隔，使得沉積溫度在5～30℃之間變化，即增大了沉積溫度的變化幅度，最終得到的樣品表面如圖2A所示。

由圖2可知，沉積溫度對(duì)PPy的沉積質(zhì)量有很大的影響，圖2A表面比較粗糙，多孔，圖2B是沉積溫度控制在25～30℃制備得到的PPy薄膜，其表面平整致密。

3.1.2?沉積時(shí)間對(duì)形貌的影響?沉積時(shí)間影響吡咯在PVDF表面的附著量; 沉積時(shí)間過長(zhǎng)，溶液中的離子會(huì)持續(xù)發(fā)生反應(yīng)，表面過厚，會(huì)影響彎曲變形;沉積時(shí)間過短，導(dǎo)致薄膜太薄，影響PPy膜的導(dǎo)電性。在控制其它反應(yīng)條件不變的條件下，選取不同沉積時(shí)間（6、8、10和12 h）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使用RTS-5四探針電阻測(cè)試儀測(cè)試4種沉積時(shí)間下制備的PPy的導(dǎo)電性能。如圖3所示，在沉積時(shí)間為6 h時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的導(dǎo)電率較小，可能是由于在低溫下反應(yīng)較慢，吡咯單體的轉(zhuǎn)化率比較小，PPy的分子鏈較短，共軛π鍵長(zhǎng)度有限，載流子的遷移受限制;延長(zhǎng)沉積時(shí)間后，吡咯單體的轉(zhuǎn)化率增大，共軛鏈變長(zhǎng)，提高了載流子的遷移率。沉積時(shí)間在8～12 h之間，導(dǎo)電率變化不大。為保證吡咯單體轉(zhuǎn)化率較高，同時(shí)提高實(shí)驗(yàn)效率，沉積時(shí)間選擇為10 h。

3.1.3?電流密度對(duì)形貌的影響?電流密度和施加電位決定了電化學(xué)沉積反應(yīng)發(fā)生的程度及速率[21]。本研究選用計(jì)時(shí)電位法制備PPy，電流密度增大，可使PPy的共軛結(jié)構(gòu)更加完整，減少聚合物中的缺陷，但電流密度增大到一定程度會(huì)增加副反應(yīng)的產(chǎn)生幾率，同時(shí)影響PPy的狀態(tài)，因此需選擇合適的電流密度。根據(jù)電化學(xué)聚合機(jī)理：聚合電流愈大，消耗的電量越多，電極表面沉積的聚合物越多，但過高的電流有可能會(huì)使PPy附著在電極夾上，降低吡咯的使用率。

圖4是在4種不同電流密度進(jìn)行電化學(xué)沉積得到的PPy表面微觀SEM圖。當(dāng)電流密度為0.01 mA/cm2時(shí)，沉積的PPy薄膜有很多孔隙（圖4A），這可能是由于沉積速度慢，聚合物數(shù)量太少導(dǎo)致。當(dāng)電流密度為0.05 mA/cm2時(shí)，PPy薄膜較均勻，孔隙減少，聚合物總量增多（圖4B）。當(dāng)電流密度為0.10 mA/cm2時(shí)，可得到均勻致密的PPy膜（圖4C）。當(dāng)電流密度為0.15 mA/cm2時(shí)，PPy層不均勻（圖4D）。因此，本研究選用0.1 mA/cm2電流密度進(jìn)行沉積實(shí)驗(yàn)。

綜上，在沒有進(jìn)行位移測(cè)試前，從驅(qū)動(dòng)器的表面形貌及導(dǎo)電性能方面考慮，最佳的工藝參數(shù)為：聚合溫度25～30℃，聚合時(shí)間10 h，電流密度0.10 mA/cm2。

3.2?PPy驅(qū)動(dòng)器位移測(cè)試

3.2.1?不同電解液濃度偏轉(zhuǎn)位移?使用尺寸為9 mm × 2 mm × 0.17 mm的驅(qū)動(dòng)器，對(duì)分別含有0.01、0.1和0.5 mol/L的Li+TFSI的定制電解液進(jìn)行位移測(cè)試。如圖5所示，電解液內(nèi)離子濃度對(duì)驅(qū)動(dòng)器的尖端位移有很大影響，0.01 mol/L電解液浸泡的驅(qū)動(dòng)器彎曲程度很小，約1 mm，而且經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間（>40 s）驅(qū)動(dòng)器才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài); 0.1 mol/L電解液浸泡的驅(qū)動(dòng)器在彎曲25 s時(shí)基本到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，尖端位移約為2.5 mm;0.5 mol/L電解液浸泡的驅(qū)動(dòng)器彎曲位移在20 s時(shí)就達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，尖端位移約5.4 mm。由于0.5 mol/L電解液浸泡的驅(qū)動(dòng)器彎曲位移大，且達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間短。所以，本研究選用0.5 mol/L電解液進(jìn)行彎曲運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)前將驅(qū)動(dòng)器浸泡在0.5 mol/L電解液中約30 min。

3.2.2?不同長(zhǎng)度下的偏轉(zhuǎn)位移?在其它條件相同的條件下，分別研究尺寸為6 mm × 2 mm × 0.17 mm、9 mm × 2 mm × 0.17 mm、12 mm × 2 mm × 0.17 mm的3種驅(qū)動(dòng)器在低電壓下的尖端偏轉(zhuǎn)位移，每種長(zhǎng)度的驅(qū)動(dòng)器均測(cè)量3組數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)器偏轉(zhuǎn)位移如圖6所示。1 V電壓時(shí)，長(zhǎng)度為6、9和12 mm的驅(qū)動(dòng)器尖端位移分別約為2.3、5.4和7.6 mm。隨著電壓增大，3種驅(qū)動(dòng)器的尖端偏轉(zhuǎn)位移均增大，即驅(qū)動(dòng)器尖端偏轉(zhuǎn)位移與驅(qū)動(dòng)器的長(zhǎng)度及驅(qū)動(dòng)電壓有關(guān)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，尖端偏轉(zhuǎn)位移越大;電壓越大，尖端偏轉(zhuǎn)位移越大，電壓與位移近似呈線性關(guān)系。

3.2.3?不同寬度下的偏轉(zhuǎn)位移?在其它條件相同的條件下，改變驅(qū)動(dòng)器的寬度，分別研究尺寸為9 mm ×1.0 mm ×0.17 mm、9 mm×1.5 mm×0.17 mm、9 mm × 2.0 mm × 0.17 mm、9 mm × 2.5 mm ×0.17 mm、9 mm × 3.0 mm × 0.17 mm的5種驅(qū)動(dòng)器在低電壓下的尖端偏轉(zhuǎn)位移。如圖7所示，驅(qū)動(dòng)器偏轉(zhuǎn)位移與其寬度有關(guān)，寬度越大，偏轉(zhuǎn)位移越大。

3.2.4?不同沉積電流密度的偏轉(zhuǎn)位移?在其它條件相同的條件下，對(duì)不同電流密度下沉積的驅(qū)動(dòng)器施加0.5 和1.0 V電壓，如圖8所示，尖端位移隨電流密度的增加而增大，當(dāng)電流密度為0.01 mA/cm2時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的尖端位移很小，增加電壓尖端位移變化不大;而當(dāng)電流密度為0.1 mA/cm2時(shí)，驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生較大的位移;當(dāng)電流密度升高到0.15 mA/cm2時(shí)，驅(qū)動(dòng)器的尖端位移增大，但是增幅不大。同時(shí)，考慮到過大的電流密度會(huì)使得電極夾先發(fā)生反應(yīng)，使導(dǎo)電性能降低，本研究選用電流密度0.1 mA/cm2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，此結(jié)論與3.1.3中的結(jié)論吻合。

3.2.5?不同沉積時(shí)間下的偏轉(zhuǎn)位移?在其它條件相同的條件下，對(duì)不同沉積時(shí)間（6 h、8 h、10 h、12 h）的驅(qū)動(dòng)器尖端位移進(jìn)行測(cè)試，分別測(cè)試0.5 V和1 V的電壓下，驅(qū)動(dòng)器的位移大小，結(jié)果如圖9所示。沉積時(shí)間影響吡咯在PVDF表面的附著含量，對(duì)檢測(cè)效果有直接影響，沉積時(shí)間過長(zhǎng)，溶液中的離子會(huì)持續(xù)發(fā)生反應(yīng)，表面過厚，影響彎曲變形。將制備得到的4個(gè)聚吡咯樣品都切成9 mm × 2 mm ×0.17 mm的大小，由圖9可見，隨著沉積時(shí)間延長(zhǎng)，施加電壓后的驅(qū)動(dòng)器尖端位移逐漸增大，當(dāng)沉積時(shí)間延長(zhǎng)到10 h后，驅(qū)動(dòng)器的位移增加幅度變小，為提高實(shí)驗(yàn)效率，選擇沉積時(shí)間為10 h。

3.2.6?不同沉積方式下的偏轉(zhuǎn)位移?PPy的電化學(xué)沉積方式有許多，如恒電位法、恒電流法（計(jì)時(shí)電位法）。采用恒電位法制備PPy驅(qū)動(dòng)器，對(duì)驅(qū)動(dòng)器施加不同的電壓（0.1～1.0 V），進(jìn)行位移測(cè)試，施加電壓后的驅(qū)動(dòng)器彎曲位移很小，而且經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)都未達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)（圖10A）。而恒電流法制備的驅(qū)動(dòng)器偏轉(zhuǎn)位移大且響應(yīng)時(shí)間短，PPy驅(qū)動(dòng)器的彎曲行為遵循一定規(guī)律，初始位移與電壓呈線性關(guān)系，最終驅(qū)動(dòng)器達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)而不再移動(dòng)，圖10B是對(duì)恒電流法制備的驅(qū)動(dòng)器分別施加0.2～1.0 V電壓后的驅(qū)動(dòng)曲線。這是因?yàn)楹汶娢环ㄖ苽銹Py時(shí)，電位過大可能導(dǎo)致Py發(fā)生過氧化，降低PPy膜的機(jī)械性能和導(dǎo)電性。因此，本研究選用恒電流法制備PPy薄膜。

綜上，在進(jìn)行電化學(xué)沉積實(shí)驗(yàn)時(shí)，設(shè)置 0.1 mA/cm2的電流密度沉積10 h，沉積完成后將PPy薄膜裁成9 mm × 2 mm × 0.17 mm大小，保存在0.5 mol/L的電解液中，驅(qū)動(dòng)器具有較優(yōu)的驅(qū)動(dòng)性能。

4?結(jié) 論

基于電化學(xué)沉積法制備了PPy驅(qū)動(dòng)器，分析了沉積溫度、時(shí)間和電流密度對(duì)PPy薄膜形貌的影響，通過對(duì)比PPy薄膜的表面形貌及導(dǎo)電性能，發(fā)現(xiàn)在低溫環(huán)境（25～30℃）以0.1 mA/cm2的電流密度用計(jì)時(shí)電壓法制備10 h，可得到機(jī)械性能最佳的PPy薄膜。搭建了PPy驅(qū)動(dòng)器位移測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究了驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)特性，得出偏轉(zhuǎn)位移與驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的依賴關(guān)系，驗(yàn)證了不同工藝參數(shù)對(duì)驅(qū)動(dòng)器彎曲行為的影響規(guī)律。本研究為PPy驅(qū)動(dòng)器的可靠制備提供了理論指導(dǎo)，同時(shí)為PPy驅(qū)動(dòng)器的廣泛應(yīng)用提供了參數(shù)模型。

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