[發明專利]一種乳液基軟凝膠熱驅動微型馬達及其制備方法

有效

• 申請號: 201610181741.3
• 申請日: 2016-03-27
• 公開（公告）號: CN105693924B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 王朝陽;王薈
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08F220/56
• 分類號: C08F220/56;C08F222/38;C08F220/06;C08F220/54;C08F2/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及智能高分子材料領域，具體涉及一種乳液基軟凝膠熱驅動微型馬達及其制備方法。

背景技術

微型馬達是指尺寸在厘米及以下級別的，可以自行驅動，且具備特殊功能或能執行微觀體系任務的器件。開發基于新的驅動原理的自驅動微型馬達并探索其在實際生產中的多種應用是目前的一個研究熱點。

2002年，美國哈佛大學的Whitesides提出了釆用簡單的化學燃料和化學反應來將化學能轉化為機械能對物體進行驅動的想法，并首次實現了基于化學燃料驅動的、大小在厘米級別的物體的自驅動，這就是第一個催化型的微型馬達。催化型的微馬達目前大多是依賴于過氧化氫溶液作為燃料，來實現自驅動的，因而其自驅動過程對驅動環境具有強烈依賴性，這限制了催化型微馬達的應用范圍。隨后，不同驅動原理的微型馬達不斷被探索出來，如：磁力驅動微馬達、超聲驅動微馬達以及熱驅動微馬達等。這些不同機理的微型馬達的出現大大擴展了微型馬達的應用范圍。經過十多年的探索，微馬達已經具備較為強大的動力、較為方便的運動控制，并可以對其進行智能化的修飾和操作，使其進行功能化集成?？梢灶A見，動力強大的智能化微型馬達，在未來的生物醫療技術以及環境保護領域都會有著強大的生命力和廣闊的應用。

發明內容

本發明的首要目的在于提供一種乳液基軟凝膠熱驅動微型馬達。這種乳液基軟凝膠熱驅動微型馬達可預先將液體燃料存儲在馬達的凝膠基體中，在熱的作用下，存儲的低沸點液體燃料以氣體形式噴射，產生強大驅動力。這種自攜帶燃料式的微型乳液基軟凝膠熱驅動微型馬達，具有較強的環境適應性，不需要依賴外部燃料供應即可實現自驅動。

本發明的另一目的在于提供上述乳液基軟凝膠熱驅動微型馬達的制備方法，該方法工藝簡單，制備條件溫和，設備要求較低，具有良好的應用前景。

本發明的目的通過以下技術方案實現。

一種乳液基軟凝膠熱驅動微型馬達的制備方法，包括以下步驟：

（1）取乳化劑分散在水中，在冰水浴條件下超聲分散10～20分鐘，得到均勻的乳化劑水分散液；

（2）取水凝膠的單體，交聯劑水溶液以及引發劑加入步驟（1）所得到的水分散液中，超聲振蕩均勻后，通氮氣除氧，將該步驟得到的分散液作為水相；

（3）將低沸點、不溶于水的有機溶劑作為油相，加入到步驟（2）所得到的水相中，油水混合體系經乳化形成水包油型（O/W）乳液；

（4）在步驟（3）所得到的乳液中加入催化劑，在攪拌作用下混合均勻；

（5）將步驟（4）得到的乳液置于馬達形狀所對應的模具中并密封，置于5 ~15 ^oC下反應20～30小時，即得到乳液基軟凝膠熱驅動微型馬達。

進一步地，步驟 (1) 所述的乳化劑是水包油型的乳化劑，可以是吐溫20、吐溫80或者聚乙烯醇（平均分子量為20,000~30,000）等，甚至也可以是親水性的二氧化硅納米粒子。乳化劑用量相對于水相的質量分數為0.5 % ~ 5%。

進一步優選的，步驟 (1) 所述的乳化劑為平均分子量為20,000 ~30,000的聚乙烯醇；乳化劑用量相對于水的質量分數為1 % ~ 3%。

進一步地，步驟 (2) 所述的水凝膠的單體是指一類水溶性的單體，其通過原位聚合法可得到水凝膠。具體可為丙烯酰胺、丙烯酸、異丙基丙烯酰胺等中的一種或者幾種。水凝膠的單體用量為水相的8 wt% ~ 25 wt%；所述交聯劑為化學交聯劑N,N-亞甲基雙丙烯酰胺，交聯劑相對于單體的質量為0.025 % ~ 0.125 %；所述引發劑為過硫酸銨或者過硫酸鉀，引發劑相對于單體的質量為0.25 %～0.5 %。

進一步優選的， 所述水凝膠的單體用量為水相的15 wt% ~ 20 wt%；交聯劑相對于單體的質量為0.025 % ~ 0.050 %；

進一步地，步驟 (3) 所述的低沸點、不溶于水的有機溶劑為二氯甲烷。

進一步地，步驟 (3) 所述乳化是高速剪切機在6000 ~ 10000 r/min下剪切攪拌0.5 ~ 3 min。

進一步地，步驟 (3) 所述水相與油相的體積比為1:1 ~ 1:3。

進一步地，步驟 (4) 所述催化劑為N,N,N',N'-四甲基乙二胺，催化劑的用量為單體質量的1 %～2 %。