一种集成性、多响应的柔性致动器及其制备方法和应用

本发明涉及柔性致动器，特别是指一种集成性、多响应的柔性致动器及其制备方法和应用。背景技术：：：1、尽管现有的软致动器能够对常见的外部刺激产生可恢复的反应，如温度、湿度、电场、磁场、红外光、流体压力和化学试剂，但大多数研究都集中在对单一刺激的响应上，对复杂刺激的多重响应需要更多的空间和资源实现。随着柔性致动器的不断发展，研究者们通过将不同响应特性材料组合的方法实现了柔性致动器对外界刺激的多重响应。例如，zhang等人通过逐层浇注湿度敏感的氧化石墨烯(go)薄膜和光敏感的改性聚偏二氟乙烯(pvdf)薄膜，开发了一种同时具有湿度和光特性的软致动器。类似地，tang等人多次过滤湿度敏感的细菌纤维素(bc)、热敏双向聚丙烯(bopp)和mxene用于光电转换，制成了一种具有光电、湿度和热特性的软致动器。尽管取得了一些显著的进步，多响应柔性致动器领域仍然存在一些问题需要解决，例如不同刺激之间的驱动协同性和稳定性，以及设备在不同应用场景中的适应性和灵活性。因此，一种将多种功能集成到单一活性层中，具有出色驱动特性、稳定性和稳定抗干扰能力的多响应软致动器，有望成为灵活传感和致动设备的高效替代品。2、文献(dong kyun seo等，twistable and bendable actuator:a cnt/polymersandwich structure driven by thermal gradient，nanotechnology 23(2012)075501)公开了一种夹层致动器，夹层致动器为swcnt-pdms-swcnt结构，材料利用了pdms较低的热导率，驱动效果不稳定，随着时间的推移，热量被传导至整个结构，驱动效果会消失，稳定性较差。3、文献(专利名称：：：一种多重刺激响应性驱动器薄膜的制备方法，cn108688252b)公开了一种复合薄膜，在光、热以及湿度等刺激条件下具有快速、灵敏的可逆弯，热光刺激依靠pdms/cnt。湿度依靠go，因此该复合薄膜并非集成化的，而是通过各自作用的形式实现的；另外，当红外光靠近致动器的不同位置时，材料的光热机制不同、效果不同且难以区分，如红外光靠近go侧时，并不会利用到cnt的光热性能。技术实现思路1、本发明提出一种集成性、多响应的柔性致动器及其制备方法和应用，pmt致动器制备工艺简单，对热、电场、红外光和机械力表现出卓越的协同和综合响应特性，非常适合作为太空站太阳能电池板的本征响应型可折叠保护层。2、本发明的技术方案是这样实现的：一种集成性、多响应的柔性致动器的制备方法，包括以下步骤：3、(1)向环己烷中加入pdms预聚体和mwcnts粉末，然后逐滴加入pdms固化剂，搅拌后超声分散，得到pdms/mwcnts分散液；4、(2)将tpi溶液倒入基底板上，采用线棒涂布器刮平，并静置以消除气泡，然后梯度升温加热，最后冷却，得到tpi膜；5、(3)将pdms/mwcnts分散液倒在tpi膜上，采用线棒涂布器刮平，然后真空干燥，得到双层复合膜，将双层复合膜从基底板上剥离，得到集成性、多响应的柔性致动器(pmt致动器)。6、进一步地，步骤(1)中，环己烷和pdms预聚体的质量比为质量比为1：4-2：1，mwcnts粉末用量是pdms预聚体重量的n wt％，1<n≤10，超声波浴中超声处理0.5-2.5小时。7、进一步地，步骤(2)中，tpi溶液为tpi/dmac溶液，梯度升温加热的方式为：升温至t1＝80℃，保温30min以上；升温至t2，80℃<t2<120℃，保温15min以上；升温至t3＝120℃，保温30min以上；升温至t4，120℃<t4<150℃，保温45min以上；升温至t5＝150℃，保温30min以上；升温至t6，150℃<t6<180℃，保温45min以上；升温至t7＝180℃，保温30min以上。8、进一步地，tpi/dmac溶液中，tpi的浓度为28wt％，dmac(n,n-二甲基乙酰胺)为溶剂。9、进一步地，步骤(3)中，真空干燥的方法如下：将基底板置于真空干燥箱内，先抽真空至-10～-30kpa，保持15-30min，然后释放真空后，再次抽真空至-45～-75kpa，最后加热真空干燥。10、进一步地，步骤(3)中，真空干燥后，将基底板冷却至室温，然后浸泡在去离子水中30-60min，从基底板上剥离双层复合膜，干燥后，得到集成性、多响应的柔性致动器。11、一种集成性、多响应的柔性致动器，所述柔性致动器为双层复合薄膜，所述柔性致动器为双层复合薄膜，其中一层为驱动层，另一层为稳定层，驱动层为pdms/mwcnts薄膜，稳定层为tpi薄膜，两层界面处相互渗透。12、所述集成性、多响应的柔性致动器作为空间站太阳能电池板的可折叠保护层的应用。13、本发明的有益效果：14、本发明的pdms/mwcnts-tpi(pmt)致动器制备工艺简单，采用简单可控的逐层线棒涂布方法，实现了双层之间良好的界面粘附、稳定的疏水性能、优异的机械和热性能以及多刺激响应性。pmt致动器对不同环境温度表现出高灵敏度和适应性，并在常见溶剂中浸泡和500多个循环测试后保持优异的稳定性。此外，pmt致动器对热、电场、红外光和机械力表现出卓越的协同和综合响应特性。结合其出色的驱动能力和低能耗特性，pmt致动器非常适合作为太空站太阳能电池板的本征响应型可折叠保护层。技术特征：1.一种集成性、多响应的柔性致动器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，环己烷和pdms预聚体的质量比为1：4-2：1，mwcnts粉末用量是pdms预聚体重量的n wt％，1<n≤10，超声波浴中超声处理0.5-2.5小时。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，tpi溶液为tpi/dmac溶液，梯度升温加热的方式为：升温至t1＝80℃，保温30min以上；升温至t2，80℃<t2<120℃，保温15min以上；升温至t3＝120℃，保温30min以上；升温至t4，120℃<t4<150℃，保温45min以上；升温至t5＝150℃，保温30min以上；升温至t6，150℃<t6<180℃，保温45min以上；升温至t7＝180℃，保温30min以上。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，tpi/dmac溶液中，tpi的浓度为28wt％，dmac为溶剂。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，真空干燥的方法如下：将基底板置于真空干燥箱内，先抽真空至-10～-30kpa，保持15-30min，然后释放真空后，再次抽真空至-45～-75kpa，最后加热真空烘干。6.根据权利要求1或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，真空干燥后，将基底板冷却至室温，然后浸泡在去离子水中30-60min，从基底板上剥离双层复合膜，干燥后，得到集成性、多响应的柔性致动器。7.采用权利要求1-6之一所述的制备方法制备的集成性、多响应的柔性致动器，其特征在于，所述柔性致动器为双层复合薄膜，其中一层为驱动层，另一层为稳定层，驱动层为pdms/mwcnts薄膜，稳定层为tpi薄膜，两层界面处相互渗透。8.权利要求7所述的集成性、多响应的柔性致动器作为空间站太阳能电池板的可折叠保护层的应用。技术总结本发明提出了一种集成性、多响应的柔性致动器的制备方法，包括以下步骤：向环己烷中加入PDMS预聚体和MWCNTs粉末，然后逐滴加入PDMS固化剂，搅拌后超声分散，得到PDMS/MWCNTs分散液；将TPI溶液倒入基底板上，采用线棒涂布器刮平，并静置以消除气泡，然后梯度升温加热，冷却，得到TPI膜；将PDMS/MWCNTs分散液倒在TPI膜上，采用线棒涂布器刮平，然后真空干燥，得到双层复合膜，将双层复合膜从基底板上剥离，得到集成性、多响应的柔性致动器。本发明制备的致动器制备工艺简单，对热、电场、红外光和机械力表现出卓越的协同和综合响应特性，非常适合作为太空站太阳能电池板的本征响应型可折叠保护层。技术研发人员：王利霞,孙祥,王东方,张义心,陈艾嵩,李倩受保护的技术使用者：郑州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18