Рассмотрены ионные электроактивные полимеры в качестве электромеханических и механоэлектрических преобразователей — актюаторов и сенсоров. Изготовлены преобразователи с металлическими (Pt), полимерными (PEDOT) и полимер-металлическими (PEDOT/Pt) гибридными электродами. Исследованы морфология поверхности и внутренняя структура образцов. Измерения практически значимых актюационных характеристик показывают, что преобразователи с гибридными электродами наследуют преимущества преобразователей с более ранними типами электродов: бóльшая продолжительность непрерывной работы на воздухе, присущая полимерным электродам, и более высокие амплитудные и силовые свойства, присущие металлическим электродам. При исследовании преобразователя с PEDOT/Pt-электродами в режиме сенсора наиболее стабильный отклик получен при двухстадийном нанесении Pt на внешнюю поверхность PEDOT.

Впервые исследована работа актюаторов на основе ионного полимер-металлического композита, в которых в качестве материала полимерной мембраны выступает отечественный полимер МФ-4СК, обеспечивающий ряд преимуществ по сравнению с зарубежным аналогом (Нафионом). Несмотря на известный эффект снижения ионной подвижности, композит демонстрирует усиление актюационных характеристик: увеличение амплитуды отклонения мембраны и блокирующей силы под действием как постоянного, так и синусоидального напряжения.

Впервые исследована специфика работы актюатора на основе отечественного электроактивного полимера МФ-4СК в комбинации с графеновыми электродами. Система показала ряд преимуществ по сравнению с теми, в которых используются традиционные гибкие металлические электроды, а также нафионовые мембраны, в частности лучшую взаимную адгезию материалов. Построена модель электроактивного полимера, связывающая размеры и структуру водонаполненных пор с геометрическими характеристиками полимера и ориентированная на сопоставление свойств полимера МФ-4СК и нафиона.

A model is proposed that describes the structure of water filled Nafion-graphene composite forming the body of an electroactive polymer membrane for actuators of biomimetic systems able to work in air and a liquid medium. The model predicts the growth of the ionic conductivity with increasing concentration of a graphene modifier, which is due to that the size of a part of clusters of the Nafion framework containing hydrophobic graphene flakes enlarges together with the pore size. Then the optimal concentration of the graphene modifier is reached, which provides the maximum ionic conductivity and actuation ability of the membrane as well as its elastic properties. The possibility of introducing into Nafion the modifier amount needed to improve the actuator operation is experimentally tested.