一种驱动-黏附一体化复合结构及制备方法与流程

本发明涉及功能材料领域，具体涉及一种驱动-黏附一体化复合结构及制备方法。

背景技术：

干黏附技术相比湿黏附、真空吸附、磁吸附、静电吸附等技术，具有对目标表面形貌适应性强、接触无损伤无污染、不受真空环境影响等特点，此外，由于干黏附技术是通过范德华力产生黏附作用，因此可多次重复使用。目前，研究者广泛将干黏附技术应用于爬壁机器人的足端设计、真空环境下的拾取运输、贴附人体皮肤进行医疗诊断等研究。在干黏附材料的应用过程中，如何实现对目标表面的可控黏附和脱附是干黏附研究的重要方面。国内外研究人员研究的各向同性垂直阵列结构表现出各向同性黏附强度，无法实现可控脱附；具有倾斜阵列的各向异性结构能够实现可控脱附，但需要机械结构施加导向力，使倾斜阵列朝着黏附力增大方向变形。

技术实现要素：

本发明的目的是解决干黏附如何实现可控脱附的技术问题，提出一种驱动-黏附一体化复合结构及制备方法，该复合结构利用电活性材料ipmc在电压控制下可发生形变的特性，连接干黏附材料，实现黏附材料在驱动作用下的可控黏附和脱附，制备方法简便。

为了达到上述目的，本发明提供了一种驱动-黏附一体化复合结构，包括电驱动结构和干黏附结构；所述电驱动结构采用离子聚合物金属复合材料，其能在电压驱动下发生形变；所述干黏附结构为若干楔形结构组成的阵列；所述干黏附结构粘接于所述电驱动结构的一端。

优选地，所述楔形结构均匀排列。

优选地，所述楔形结构为微米级。

优选地，所述干黏附结构采用聚二甲基硅氧烷材料。

优选地，所述干黏附结构通过双面胶粘接于所述电驱动结构的一端。

优选地，所述双面胶的一侧为丙烯酸胶，与所述电驱动结构相连；另一侧为硅橡胶专用胶，与所述干黏附结构相连。

本发明还提供了上述的驱动-黏附一体化复合结构的制备方法，包括：

步骤1，制备电驱动结构；

步骤2，制备干黏附结构；

步骤3，将步骤1制备的电驱动结构和步骤2制备的干黏附结构相连接，制成所述驱动-黏附一体化复合结构。

优选地，步骤1包括：

步骤1.1，将nafion溶液和n,n-二甲基甲酰胺以体积比4:1混合得到铸膜液，采用溶液浇铸法制得基底膜，并对基底膜表面做粗化处理；

步骤1.2，将粗化处理后的基底膜在铂氨溶液中浸泡12h以上；

步骤1.3，采用化学还原镀的方法，在基底膜两侧镀金属pt电极，得到所述的电驱动结构。

优选地，步骤2包括：

步骤2.1，采用光刻工艺加工获得所述的楔形结构组成的阵列的反型结构模具；

步骤2.2，采用旋涂法在反型结构模具上涂覆一层厚度为微米级的聚二甲基硅氧烷；

步骤2.3，将步骤2.2涂覆的聚二甲基硅氧烷经过固化脱模，得到所述的干黏附结构。

优选地，步骤3包括：

步骤3.1，将步骤2制得的干黏附结构的一侧连接在硅橡胶双面胶上；

步骤3.2，在步骤3.1中硅橡胶双面胶的另一侧涂覆丙烯酸胶；

步骤3.3，将步骤3.2制得的涂覆强力胶的干黏附结构连接在步骤1制得的电驱动结构的一端，得到所述的驱动-黏附一体化复合结构。

本发明的有益效果包括：

(1)利用电活性材料ipmc在电压控制下可发生形变的特性，连接干黏附材料，实现黏附材料在驱动作用下的可控黏附和脱附。

(2)楔形阵列结构的设计，降低了脱附过程的力要求，实现驱动和可控黏附的有机统一。

附图说明

图1为本发明驱动-黏附一体化复合结构的示意图。

图2为本发明具有微米级倾斜阵列的干黏附结构示意图。

图3为本发明电驱动结构示意图。

图4-1为本发明制备的微米级倾斜阵列的反型结构示意图。

图4-2为本发明在反型结构上旋涂一层聚二甲基硅氧烷pdms的示意图。

图4-3为本发明固化脱模后得到的聚二甲基硅氧烷pdms阵列示意图。

图5-1为本发明驱动-黏附一体化复合结构在未施加驱动电压时的示意图。

图5-2为本发明驱动-黏附一体化复合结构在直流电压驱动下黏附目标表面的变形示意图。

图5-3为本发明驱动-黏附一体化复合结构在反向直流电压驱动下脱附目标表面的变形示意图。

附图说明：1-电驱动结构，2-干黏附结构，3-双面胶，4-基底膜，5-pt电极，6-反型结构模具，7-电极片，8-目标表面。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

离子聚合物金属复合材料(ionicpolymermetalcomposite，ipmc)是一种离子型电活性驱动材料，它是在离子交换膜(作为基底膜)的表面沉积贵金属电极，通过电压驱动产生形变弯曲，具有质量轻、驱动电压低、形变位移大、响应快等优点，在柔性驱动技术领域显现出巨大的应用前景。因此，本发明将干黏附材料与离子聚合物金属复合材料相结合，制备出的驱动-黏附一体化复合结构能够克服具有倾斜阵列的各向异性结构的缺陷，具有广阔的应用前景。

如图1所示，本发明提供的一种驱动-黏附一体化复合结构包括电驱动结构1和干黏附结构2。所述电驱动结构1采用离子聚合物金属复合材料，即ipmc，该材料在电压控制下能产生位移形变。所述干黏附结构2采用聚二甲基硅氧烷材料(polydimethylsiloxane，pdms)，pdms具有高黏附、易脱附特性，表面能较低。所述干黏附结构2通过双面胶3连接于所述电驱动结构1的一端。所述双面胶3两侧的胶合剂不同，一侧为丙烯酸胶，与所述电驱动结构1相连；另一侧为硅橡胶专用胶，与低表面能的所述干黏附结构2相连。

如图2所示，所述干黏附结构2是由楔形结构经过均匀排列后组成的阵列，所述楔形结构为微米级。

一种驱动-黏附一体化复合结构的制备方法，包括：

步骤1：制备电驱动结构1。将nafion(全氟磺酸)溶液和n,n-二甲基甲酰胺以体积比4:1混合得到铸膜液，采用溶液浇铸法制得基底膜4，对基底膜4表面做粗化处理，以便更好地镀金属铂电极；将粗化处理后的基底膜4在铂氨溶液中浸泡12h以上；采用化学还原镀的方法，在基底膜两侧镀金属pt电极5，得到如图3所示的电驱动结构1。

步骤2：制备干黏附结构2。如图4-1所示，采用光刻工艺加工获得楔形结构组成的阵列的反型结构模具6；如图4-2所示，采用旋涂法在反型结构模具6上涂覆一层厚度为微米级的聚二甲基硅氧烷；如图4-3所示，将涂覆的聚二甲基硅氧烷经过固化脱模，得到所述的干黏附结构2。

步骤3：制备所述驱动-黏附一体化复合结构。将步骤2制得的干黏附结构2的一侧连接在硅橡胶双面胶上；硅橡胶双面胶的另一侧涂覆丙烯酸胶，再连接于所述电驱动结构1的一端，即可得到如图1所示的驱动-黏附一体化复合结构。

本发明制备的驱动-黏附一体化复合结构的使用方法为：如图5-1所示，使用电极片7夹持电驱动结构1的端部，当电压为0时，电驱动结构1不发生形变，干黏附结构2对目标表面8没有黏附作用。如图5-2所示，当施加直流电时，电驱动结构1在电压驱动下发生形变弯曲，产生驱动力，带动干黏附结构2接触目标表面8，使楔形结构与目标表面的接触方式由原先的点接触变为面接触，产生黏附作用，实现可控黏附。如图5-3所示，当施加反向直流电时，电驱动结构1向相反方向弯曲，带动干黏附结构2剥离目标表面8，楔形结构与目标表面的接触方式由原先的面接触变为点接触，并最终剥离目标面，实现可控脱附。此过程类似于剥离胶带的过程，当胶带平粘在物体上时，沿法向不容易取下，而沿着切向反向撕拉，就容易将胶带取下。

综上所述，本发明提供了一种驱动-黏附一体化复合结构及制备方法，该驱动-黏附一体化复合结构利用电活性材料ipmc在电压控制下可发生形变的特性，连接干黏附结构，实现黏附材料在驱动作用下的可控黏附和脱附，与此同时，楔形阵列结构的设计，降低了脱附过程的力要求，实现驱动和可控黏附的有机统一。本发明提供的制备方法，过程简单易操作，应用前景广阔。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。