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离子聚合物-金属复合物(Ionic polymer-metal composite,IPMC)是一种电驱动材料，由离子交换膜和覆盖在其表面的金属电极组成。IPMC电驱动器具有质量轻、加工性能好、柔韧性高、驱动电压低、形变量大、响应速度快、驱动安静、生物相容性好、可微型化以及可在水环境中工作等优点，可应用于生物医疗、仿生机器人、压力传感器等领域。离子交换膜是 IPMC中最为关键的材料之一。杜邦公司生产的Nafion膜具有卓越的质子电导率、热/化学稳定性、力学强度和柔韧性，Nafion基IPMC也具有良好的电驱动性能。但由于Nafion膜的价格较贵、生物降解性差、保水能力差、性质(如离子交换容量、吸水率、力学性质以及膜厚等)固定不变等缺点，限制了IPMC的实际应用。本学位论文在不降低IPMC电驱动性能的前提下，用合成简单、价格低廉的新型离子交换膜替代Nafion膜以制备高性能 IPMC。利用简单的后磺化法合成了四类不同化学结构的磺化聚合物，制备了相应的离子交换膜和IPMC电驱动器，探讨了磺化度对离子交换膜性质、IPMC电驱动性能的影响。 (1)以聚醚醚酮为原料，合成了三种不同磺化度的磺化聚醚醚酮(SPEEK)，通过溶液浇铸和化学镀Pt制备SPEEK基IPMC。SPEEK膜的离子交换容量(IEC)、吸水率和质子电导率随着磺化度的增加而增大，SPEEK膜和SPEEK基IPMC在湿态下的拉伸模量和拉伸强度随之降低。SPEEK膜的IEC、吸水率、湿模量明显高于Nafion膜，而质子电导率低于Nafion膜。SPEEK基IPMC的最大应变随着SPEEK膜磺化度的增加而增加，这是由于IEC、吸水率和离子电导率增加且SPEEK基IPMC湿模量降低的缘故。SPEEK基IPMC的电驱动性能(应变)总体上不如Nafion基IPMC。 (2)以聚醚醚砜为原料，制备了四种不同磺化度的磺化聚醚醚砜(SPEES)膜和SPEES基IPMC。研究表明，SPEES膜的IEC、吸水率和质子电导率随着磺化度的增加而增大，而SPEES膜和SPEES基IPMC在湿态下的拉伸模量随之降低。SPEES膜的IEC、吸水率远高于Nafion膜，而SPEES膜的质子电导率低于Nafion膜。与SPEEK基IPMC相似，SPEES基IPMC的最大应变随着SPEES膜磺化度的增加而增大。在直流电压下，SPEES4基IPMC的电驱动性能(应变)低于Nafion基IPMC和SPEEK3基IPMC；而在正弦电压下，SPEES4基IPMC的电驱动性能(应变)与Nafion基IPMC大致相当，高于SPEEK3基IPMC。 (3)以聚砜为原料，合成了四种不同磺化度的磺化聚砜(SPSU)，制备了SPSU基IPMC。SPSU膜的离子交换容量、吸水率和质子电导率均随着磺化度的增加而增大。由于水的增塑作用，SPSU基IPMC在湿态下的拉伸模量随着磺化度的增加而降低低。与SPEEK基IPMC、SPEES基IPMC相似，SPSU基IPMC的电驱动性能(应变)随着磺化度的增加而提高。相比Nafion膜，SPSU膜的IEC、吸水率和湿模量明显高于Nafion膜，而其质子电导率低于Nafion膜，SPSU基IPMC的湿模量比Nafion基IPMC更高，因此SPSU基IPMC的电驱动性能(应变)低于Nafion基IPMC。此外，磺化度最高的SPSU4基IPMC的电驱动性能(应变)低于SPEEK3基IPMC、SPEES4基IPMC。 (4)以聚苯砜为原料，通过类似的方法制备了磺化聚苯砜(SPPSU)膜和相应的IPMC。与SPEEK膜、SPEES膜和SPSU膜类似，SPPSU膜的IEC、吸水率和质子电导率均随着磺化度的增加而增大，而SPPSU膜和SPPSU基IPMC在湿态下的拉伸模量随之降低。与Nafion相比，SPPSU膜的IEC、吸水率和湿模量明显高于Nafion膜，其质子电导率低于Nafion膜。SPPSU基IPMC的最大应变随着SPPSU膜磺化度的增加而增大，磺化度成为继电压、频率之后的第三种可以调控IPMC电驱动性能(应变)的重要因素。在直流电压下，磺化度最高的SPPSU4基IPMC的电驱动性能(应变)与Nafion基IPMC大致相当。而在正弦电压下，SPPSU4基IPMC的电驱动性能(应变)明显高于Nafion基IPMC、SPEEK3基IPMC、SPEES4基IPMC和SPSU4基IPMC。因此，SPPSU4膜有望替代Nafion膜以制备低成本高性能的IPMC电驱动器。 (5)将有序介孔碳与Nafion复合，通过溶液浇铸、化学镀Pt制备了Nafion/CMK-3复合膜基IPMC。初步研究发现，CMK-3的加入对Nafion复合膜IEC和吸水率的影响不大，但明显降低了Nafion膜的质子电导率。含3wt％ CMK-3的Nafion复合膜基IPMC表现出最佳的电驱动性能(应变)。