[發(fā)明專利]一種仿生智能自適應(yīng)動態(tài)變構(gòu)減阻材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810249884.2
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108556420B
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁云虹;張云鵬;趙騫;張志輝;韓志武;任露泉
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: B32B3/30
• 分類號: B32B3/30;B32B3/08;B32B25/08;B32B27/06;B32B27/40;B32B33/00;B32B7/12;B32B37/02;B32B37/12;B32B37/10
• 代理公司: 長春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張冉昕

本發(fā)明涉及一種仿生智能自適應(yīng)動態(tài)變構(gòu)減阻材料及其制備方法，本發(fā)明提供的仿生智能自適應(yīng)動態(tài)變構(gòu)減阻材料，包括柔性硅膠基底層、柔性硅膠中間層、聚氨酯表面層和剪切增稠液，所述的柔性硅膠中間層內(nèi)部設(shè)有豎向的通孔，通孔內(nèi)填充有剪切增稠液，柔性硅膠中間層密封膠粘于柔性硅膠基底層和聚氨酯表面層之間；所述的剪切增稠液為聚乙二醇與納米SiO₂粒子組合液，SiO₂粒子在剪切增稠液中的質(zhì)量分數(shù)為35％～65％。本發(fā)明基于海豚皮膚自適應(yīng)智能減阻原理，將仿生自適應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與智能壓力感知響應(yīng)材料有機融合，提供出一種能夠?qū)λ碌牧黧w環(huán)境自主感知、自主適應(yīng)、自主驅(qū)動、自主變形的仿生智能自適應(yīng)變構(gòu)減阻材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種減阻材料及其制備方法，特別涉及一種仿生智能自適應(yīng)動態(tài)變構(gòu)減阻材料及其制備方法。

背景技術(shù)

所有的船舶或水下航行器都面臨一個共性的問題，就是減小阻力以提高機動性和續(xù)航能力。船舶或水下航行器在海洋中航行時，由于其和海水流動相互作用，使其表面產(chǎn)生湍流邊界層，從而產(chǎn)生速度和壓力脈動，形成流體附加阻力，這種邊界層摩擦阻力高達水下航行器總阻力的70％～80％，從而導(dǎo)致其航速降低、能耗增加、續(xù)航能力下降。根據(jù)理論推算，在動力和能源一定的條件下，假如將阻力減小10％，則船舶或水下航行器的巡航速度和航程可以同時增加約3.57％；另外，節(jié)約能源消耗也是國家發(fā)展的重大戰(zhàn)略需求。因此，研制小阻力的功能表面材料，是船舶或水下航行器減阻的熱點與搶占的制高點，是解決現(xiàn)有材料與技術(shù)發(fā)展瓶頸的實際需求。

目前，船舶或水下航行器減阻，各國研究熱點多集中在減少邊界層摩擦阻力方面，主要減阻技術(shù)包括：非光滑形態(tài)減阻、低表面能超疏水涂層減阻、柔性壁面減阻、聚合物添加劑減阻與超空泡與微氣泡減阻等。其中，非光滑形態(tài)減阻和柔性壁面減阻的減阻材料與技術(shù)雖然具有一定的減阻能力，但存在結(jié)構(gòu)無法動態(tài)調(diào)整以適應(yīng)各流速層阻力變化的問題；涂層減阻技術(shù)只在較低的流速時具有減阻能力，隨著流速的增加，減阻效果逐漸減小并消失；聚合物添加劑減阻技術(shù)只適合短距離一次性使用，不利于工程化應(yīng)用；超空泡與微泡技術(shù)需要額外附加裝置才能實現(xiàn)減阻效果，制造成本高，又影響水下航行器的作戰(zhàn)效能。因此，由于減阻結(jié)構(gòu)的一層不變，在航行器航速和航深變化時，無法動態(tài)適應(yīng)邊界層變化，減阻效果受到了很大制約，造成在船舶或水下航行器減阻方面的提升沒有顯著優(yōu)勢。

研究海豚能夠在水中快速游動發(fā)現(xiàn)，當海豚處于快速游動狀態(tài)時，隨著水的阻力增加，海豚皮膚感受到紊流壓力變化，皮膚便由光滑形態(tài)逐漸變?yōu)橄鄳?yīng)的動態(tài)非光滑形態(tài)，使皮膚隨著紊流作波浪式動態(tài)運動，這樣就把紊流變成層流，從而減少水的摩擦阻力。對海豚皮膚減阻特性的研究與工程設(shè)計由來已久，但是目前現(xiàn)有的設(shè)計均是出于對海豚皮膚非光滑結(jié)構(gòu)的“形似”模仿，而無法真正實現(xiàn)仿生海豚皮膚可感知、智能控制、動態(tài)自適應(yīng)減阻設(shè)計。

因此，基于海豚皮膚自適應(yīng)智能減阻原理，將海豚皮膚自適應(yīng)減阻形態(tài)結(jié)構(gòu)、柔性材料等多因素一體制備與智能材料可感知技術(shù)有機融合，突破傳統(tǒng)整個減阻界面一層不變的“形似”結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)減阻界面動態(tài)自適應(yīng)、可感知、智能控制的集形態(tài)、結(jié)構(gòu)、材料、柔性等多因素一體化的仿生設(shè)計與制備，開發(fā)出一種新型的仿生智能自適應(yīng)動態(tài)變構(gòu)減阻材料及其制備方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)階段減阻材料存在的問題，提供的一種仿生智能自適應(yīng)動態(tài)變構(gòu)減阻材料及其制備方法。

本發(fā)明提供的仿生智能自適應(yīng)動態(tài)變構(gòu)減阻材料，包括柔性硅膠基底層、柔性硅膠中間層、聚氨酯表面層和剪切增稠液，所述的柔性硅膠中間層內(nèi)部設(shè)有豎向的通孔，通孔內(nèi)填充有剪切增稠液，柔性硅膠中間層密封膠粘于柔性硅膠基底層和聚氨酯表面層之間；所述的剪切增稠液為聚乙二醇與納米SiO₂粒子組合液，SiO₂粒子在剪切增稠液中的質(zhì)量分數(shù)為35％～65％。

所述的柔性硅膠基底層的硅膠型號為HC9010，厚度為1mm～5mm，拉伸強度為5MPa～8MPa，斷裂伸長率為600％～800％，邵氏硬度為10A～20A。