具有增强内部通道的亲水性聚偏氟乙烯薄膜，用于水和离子液体驱动的离子交换聚合物金属复合执行器

摘要： 本研究提出了一种新颖简便的策略，用于制备具有增强内部通道的亲水性聚偏氟乙烯（PVDF）电解质薄膜，从而实现高性能且低成本的离子交换聚合物金属复合材料（IPMC）驱动器。所得PVDF复合薄膜由分级微/纳结构组成：直径约20微米的规则聚合物晶粒与直径约390纳米的更细小颗粒，形成三维互联的分级内部通道以促进电解质基体膜的离子迁移。通过引入极性聚乙烯吡咯烷酮，该薄膜具有15.8%的高孔隙率，可实现44.2%的高吸水率和38.1%的离子液体（IL，[EMIm]·[BF4]）吸收率，从而适用于水驱动和IL驱动的IPMC驱动器。与常规PVDF/IL基IPMC相比，水驱动和IL驱动的PVDF基IPMC均表现出更高的离子迁移速率，有效提升了驱动频率，并产生显著更高的驱动力和位移量——具体而言，驱动力输出分别提升13.4倍和3.0倍，位移输出分别提升2.2倍和1.9倍。在相同电解质基体条件下，水驱动IPMC展现出更强的机电性能，有利于制备高力/功率输出的IPMC驱动器；而IL驱动IPMC则表现出更稳定的机电性能，适合制备长寿命的空气环境用IPMC驱动器。因此，所制得的IPMC有望低成本应用于可调机电性能人工肌肉的设计，或柔性驱动器/位移/振动传感器的开发。