[發明專利]一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器、制備方法及應用

有效

• 申請號: 201810575072.7
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108724867B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 胡穎;楊露露;齊珂;許愛鳳;常龍飛;翟華;呂品;吳玉程
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B32B27/06
• 分類號: B32B27/06;B32B27/28;B32B27/32;B32B9/00;B32B9/04;B32B3/26;B25J9/10
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 王亞洲

本發明公開了一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器，包括柔性的聚合物膜，所述聚合物膜的一側面上設有石墨烯膜，所述石墨烯膜為多層結構，且相鄰石墨烯層間形成有微氣孔；光照或電壓刺激時，該驅動器彎曲變形。本發明還公開了該驅動器的制備方法及應用。本發明的優點在于，利用多孔石墨烯的電熱轉化功能、光熱轉換功能實現驅動器對電壓刺激、光照刺激的響應，本發明的優點在于，獲得雙刺激源響應的驅動器，提高了驅動器的環境適應性；由聚合物受熱膨脹變形、石墨烯微孔收縮變形共同引起驅動器的彎曲變形，展現出較大的力學性能，擴大了驅動器的應用范圍，改善其使用效果。該驅動器可用于仿蠕蟲機器人、機械手、人工關節、智能驅動等領域。

技術領域

本發明屬于柔性驅動器與軟體裝置領域，具體涉及一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器、制備方法及應用。

背景技術

由柔性智能材料組成的驅動器件能夠在電、熱、化學、濕度等外界刺激下發生特定響應，在大范圍內改變自身形狀和尺寸，具有柔軟靈活、體積小、質量輕、變形快和環境適應性好等諸多優點，因而被廣泛地應用于仿生機器人、人造肌肉、傳感器、智能開關等領域中。但目前研究的驅動器一般都只能由一種刺激驅動，而不能同時對多種刺激產生響應，導致其環境適應性不高；并且現有的柔性驅動器普遍存在力學輸出性能較差的問題，使其應用受到限制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：現有柔性驅動器只能對單一刺激產生響應，且力學輸出性能不佳。

本發明采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器，包括柔性的聚合物膜，所述聚合物膜的一側面上設有石墨烯紙，所述石墨烯紙為多層結構，且相鄰石墨烯層間形成有微氣孔；光照或電壓刺激時，該驅動器彎曲變形。

優選地，本發明所述的一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器，所述石墨烯紙粘接在聚合物膜上。

優選地，本發明所述的一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器，所述石墨烯紙的厚度為10～200um。

優選地，本發明所述的一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器，所述聚合物膜的厚度為20～300um。

優選地，本發明所述的一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器，所述聚合物膜由聚酰亞胺、聚乙烯、聚丙烯中的一種或多種聚合物制備而成。

優選地，本發明所述的一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器，所述光照為激光、氙燈產生的模擬太陽光、太陽光。

本發明提供了一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器的制備方法，用以制備上述的雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器，其包括以下步驟：

(1)將氧化石墨烯分散液均勻地滴覆在玻璃基片上，干燥后形成多層結構的氧化石墨烯紙；

(2)避光條件下，將氧化石墨烯紙浸入氫碘酸溶液中還原，得到還原的氧化石墨烯紙；

(3)將還原的氧化石墨烯紙分別置于去離子水和乙醇溶液中洗滌，然后烘干；

(4)準備一單面帶黏性的聚合物膜，將干燥后的還原的氧化石墨烯紙與該聚合物膜粘接，形成雙層膜結構；

(5)在雙層膜結構上施加直流電壓，使多層石墨烯之間形成微氣孔結構。

優選地，本發明所述的一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器的制備方法，步驟(1)中所述石墨烯分散液濃度為0.5mg/ml～5mg/ml；步驟(1)中的干燥溫度為40～70℃；所述步驟(3)中的烘干溫度為30～80℃。

本發明還提供了一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器的應用。

優選地，本發明所述的一種雙刺激源響應的多孔石墨烯驅動器的應用，所述驅動器在仿蠕蟲爬行機器人、柔性機械爪、仿生手及踢球機器人中的應用。