一种可提高IPMC 驱动器稳定性的封装工艺
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种IPMC驱动器的制备方法，特别涉及一种IPMC驱动器的封装工艺。 背景技术
[0002] 离子
聚合物-金属
复合材料（IPMC）具有
质量轻、柔韧性好、反应迅速和传感-致动的双向可逆功能，可用于制作产生大
变形的驱动器等
机电换能器件以取代传统的压电陶瓷，是近二十年来崛起且具有极大应用潜
力的新型智能材料。
[0003] 当IPMC直接用作驱动器使用时，存在两个明显的
缺陷：一方面，IPMC驱动器在直流
电压作用下快速变形，同时具有反向松弛现象；另一方面IPMC驱动器本身含有一定
水分，不能长时间在空气中工作，否则因缓慢失水而使得性能逐渐衰减。
申请人之前的一件
专利201110255830.5指出了解决这两个问题的方案，即当IPMC在最佳工作性能
含水量条件下，进行封装处理。该项专利具有成本低，操作简单的特点，但是
固化耗时长，难以准确控制内部含水量。因此，有必要进一步改进才能制作稳定性高的IPMC驱动器，一方面，提出更好的方法准确控制IPMC驱动器内部的含水量；另一方面，寻找工艺性和性能更好的气体阻隔层。
发明内容
[0004] 结合背景技术的分析，高稳定性IPMC驱动器封装工艺的要求主要有两个方面：（i）准确控制IPMC驱动器内部的含水量；（ii）利用气体阻隔性性能良好的材料对驱动器进行封装。本发明的目的是提供一种有效保证材料内部水分稳定的工艺解决方案，从而使封装后的IPMC驱动器稳定性明显提高。
[0005] 为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：
[0006]
一种可提高IPMC驱动器稳定性的封装工艺，其特征在于，包括下述步骤： [0007] (1)制作IPMC驱动器并连接引出
电极；
[0008] (2)然后放入恒定湿度环境下进行交换平衡，调节含水量至RH60～70%； [0009] (3)取出调节好含水量的带有
引出电极的IPMC驱动器，在该IPMC驱动 器表面电极上预封装厚度不大于5um气体阻隔层，保证表面电极与引出电极的连接处被气体阻隔层
覆盖；该气体阻隔层为Parylene涂层、致密
氧化物涂层或H-Barrier型
薄膜中的一种； [0010] (4)将步骤(2)预封装好的IPMC驱动器边缘多余的气体阻隔层裁剪掉，翻转引出电极的引出部分于气体阻隔层外，以方便施加电压。
[0011] 上述方案中，所述在恒定湿度环境下交换平衡是在一封闭容器内放置恒湿溶液，包括溴化钠、碘化
钾或
氯化钠的饱和溶液，在室温下形成稳定的湿度环境，将带有引出电极的IPMC驱动器放入该封闭容器内一个小时以上，使之达到含水量平衡。
[0012] 所述Parylene涂层、致密氧化物涂层的预封装工艺为：
[0013] 1）在IPMC驱动器上下表面电极上涂覆光固化涂层3，其上粘贴平整的PET膜并通过施加压力使光固化胶部分均匀且薄；将含有光固化涂层PET膜的IPMC驱动器置于紫外光照射下固化，固化后剥离PET膜便得到预封装后的IPMC驱动器；
[0014] 2）室温条件下在预封装的IPMC驱动器光固化涂层表面通过
真空镀膜机沉积一层不大于5um厚的Parylene涂层，或者通过常温
磁控溅射工艺沉积一层不大于3um厚的致密氧化物涂层；其中氧化物为氧化
铝、氧化
硅、氧化
钛中的一种。
[0015] 所述
真空镀膜工艺参数为：真空度10-6torr，沉积
温度35℃。所述磁控溅射工艺参-5数为：真空度2×10 torr，电源功率200W，氩气速率20sccm。
[0016] 所述H-Barrier型薄膜的预封装工艺为：
[0017] 使两片商用H-Barrier型薄膜作为上、下基膜，将紫外光固化胶均匀涂在上、下基膜的里层，将上、下基膜里层分别粘贴于IPMC驱动器上、下表面电极上，并覆盖表面电极与引出电极的连接处，对上下基膜外层施压使得封装层薄且平整；将整个驱动器置于紫外灯下进行光固化处理，即获得内部水分稳定的IPMC驱动器。
[0018] 本发明的优点是，首先在稳定湿度环境下准确调节IPMC材料驱动器的含水量；然后采用两种可以选用的高阻隔性封装层的制作方法将IPMC表面与高阻隔性封装层或薄膜材料粘接在一起，从而保证了材料内部的水分的稳定。该两种实施方法一是使用光固化涂料用作预封装层时能够快速
锁住水分，便于后续进一步沉积气体阻隔层，保证材料的水分的稳定；二是使用光固化 涂料作粘接剂，能够将IPMC表面与高阻隔性能材料快速粘接，固化只需要光照，有利于控制材料内部水分的稳定。本发明封装层固化的时间大大减小，同时整个过程不需要加热，为精确控制材料内部的水分提供了可能，具有重要的实用价值。
附图说明
[0019] 图1为外表层为Parylene涂层的IPMC驱动器封装结构图。
[0020] 图2为外表层为致密氧化物涂层的IPMC驱动器封装结构图。
[0021] 图1～2中：1为翻折后的引出电极，2为Parylene涂层，3为固化后的光固化涂层，4为IPMC表面电极，5为芯层离子膜，6为致密氧化物（氧化硅，氧化钛或者氧化铝）涂层，7为高阻隔
型材料。
[0022] 图3为封装后IPMC驱动器的在2V直流电压作用下弯曲变形响应图。 [0023] 图4为采用高阻隔型材料封装后材料IPMC驱动器整体质量随时间变化图。 具体实施方式
[0024] 下面以条形IPMC驱动器（40mm×5mm）为例，结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0026] Parylene涂层IPMC驱动器封装
[0027] （1）制作IPMC驱动器及连接引出电极
[0028] 在IPMC芯层离子膜5分别连接上、下表面电极4，组成IPMC驱动器；制作两个初始引出电极1，其中一个与IPMC驱动器一端上表面电极的边缘粘接，另一个与IPMC驱动器该端下表面电极的边缘粘接（图1），然后将粘有初始引出电极1的IPMC驱动器整体放入密闭容器底部盛有饱和NaCl的溶液上方的托架中交换平衡1小时,采用湿度计测量溶液上方的湿度读数为RH70%，因此认为材料在RH70%的湿度环境下交换平衡。
[0029] 初始引出电极1用导电
铜箔片切割制成10mm×5mm电极片，也可用
导线、导电膜裁减成相同大小的形状和尺寸。
[0030] （2）使用紫外光固化涂料对驱动器进行预封装
[0031] 在IPMC驱动器上下表面电极上涂覆Norland公司的NoA74胶制作光固化涂层3，其上粘贴平整的PET膜（在透明平板玻璃上制作）并通过施加压 力使光固化胶部分均匀且薄。将含有光固化涂层PET膜的IPMC驱动器取出，在紫外光照射下固化，固化后剥离PET膜便得到预封装后的驱动器。
[0032] （3）然后在室温条件下在预封装的驱动器光固化涂层3表面采用苏州百腾科技公司型号为PTP-5HV真空气相镀膜机沉积一层5um的Parylene涂层2工艺参数为：真空度-610 torr沉积温度35℃，1h后便覆盖一层5um的parylene膜。
[0033] （4）将沉积Parylene涂层后的IPMC驱动器取出，裁剪多余部分，保证初始引出电极1与表面电极4的连接处被封装，翻转初始引出电极的引出部分于Parylene涂层外以方便施加电压，得到如图1所示的结构，材料的内部水分便能保持稳定。
[0034] 实施例2
[0035] 致密氧化物涂层IPMC驱动器封装
[0036] 在预封装的驱动器光固化涂层3表面采用常温磁控溅射工艺沉积3um厚的致密氧化物涂层6（氧化铝、氧化硅或氧化钛等），放置好靶材和IPMC材料驱动器，调整磁控溅射工-5艺参数：真空度2×10 torr，电源功率200W，氩气速率20sccm；其他步骤同实施例1。封装后得到如图2所示的结构。
[0037] 实施例3
[0038] 光固化胶粘接高阻隔材料IPMC驱动器封装
[0039] （1）制作IPMC驱动器及连接引出电极
[0040] 与实施例1中的步骤（1）相同。
[0041] （2）利用紫外光固化涂料作为粘接剂，采用三菱公司生产的型号为H–Barrier，厚度为10um的薄膜作为上下阻隔性基膜，将Norland公司生产的NOA74光固化胶涂覆在上下基膜的内层，涂胶面积要覆盖IPMC驱动器的上下表面，将上下阻隔性基膜内层粘贴于IPMC驱动器上下表面电极（包括与初始引出电极连接处）上，并对上下阻隔性基膜外层施压使得封装层薄且平整。
[0042] （3）将整个驱动器置于紫外灯下进行正
反面各处理10min分钟，使得H-Barrier阻隔性基膜与IPMC驱动器上下表面电极相封接。
[0043] （4）封装后裁剪多余部分，保证初始引出电极1与表面电极4的连接处被封装，翻转初始引出电极的引出部分于上下基膜外以方便施加电压。
[0044] 将实施3所得的高稳定性封装驱动器置于2V的直流电压下得到如图3所示的变形图，可见材料经过封装后的材料的松弛变形消失，并且材料的变形大于饱和吸水状态下的变形。采取
电子天平称量整个驱动器的质量变化规律如图4所示，可见材料的变形的质量基本保持不变，说明材料内部组成成分特别是水分维持了稳定。相比
现有技术，本发明保证了材料内部的水分的稳定，封装层固化的时间大大减小，同时整个过程不需要加热，为精确控制材料内部的水分提供了可能。
