[發明專利]一種低密度聚乙烯-碳納米管軟體致動器及其制備方法

在審

• 申請號: 201811332046.8
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109467727A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 王宏志;李林鵬;侯成義;李耀剛;張青紅
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C08J7/06
• 分類號: C08J7/06;C08L23/06
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;魏峯

本發明涉及一種低密度聚乙烯?碳納米管軟體致動器及其制備方法，具有以低密度聚乙烯薄膜為致動基體材料，以碳納米管為功能層的疊層結構；致動器薄膜面積為1～6500cm²；制備方法包括：(1)將碳納米管加入混酸中，加熱、攪拌，經水洗、冷凍干燥，得到酸化碳納米管；(2)將酸化碳納米管超聲分散于溶劑中，得到分散液；(3)將低密度聚乙烯薄膜置于熱臺上，將酸化碳納米管分散液置于噴槍中，將噴槍垂直置于聚乙烯薄膜上方，在氮氣氣壓下噴涂在聚乙烯薄膜表面，即得。該方法工藝簡單可靠，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于高分子致動器技術領域，特別涉及一種低密度聚乙烯-碳納米管軟體致動器及其制備方法。

背景技術

碳納米管作為一種新型的一維納米材料，近年來受到科學界的廣泛關注。由于碳納米管優異的導電傳熱性能，使其可作為性能優異的導體或者傳熱功能材料，在智能可穿戴等材料領域發揮著重要的作用。

軟體致動器是一種新興的環境響應型裝置，與傳統的剛性致動器相比，它是一種更安全、更柔和的致動設備。軟體致動器通常由高度變形的材料或復合材料制成，可在各種環境刺激下將外界能量轉化為機械能。它們在分子水平上微觀構象的變化轉化為體積或形狀的變化，從而展現出致動器材料的宏觀大變形。致動材料通常有無機碳材料、記憶合金、高分子材料等。高分子材料因為其較高的熱膨脹系數受到人們的廣泛關注，而如何實現致動材料的大面積制備也成為影響其應用的關鍵因素之一。

Chen L等利用CVD技術制備了超取向碳納米管和聚丙烯復合致動材料，尺寸長20cm，寬18cm(Large-Deformation Curling Actuators Based on Carbon NanotubeComposite:Advanced-Structure Design and Biomimetic Application,ACS Nano,2015,9,12189-12196)。但超取向碳納米管復雜的制備工藝和高昂的制備成本限制了其進一步發展。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種低密度聚乙烯-碳納米管軟體致動器及其制備方法，克服了現有技術無法實現致動材料的大面積制備的缺陷。

本發明的一種低密度聚乙烯-碳納米管軟體致動器，具有以低密度聚乙烯薄膜為致動基體材料，以碳納米管為功能層的疊層結構；致動器薄膜面積為1～6500cm²。

所述低密度聚乙烯薄膜的厚度為5～50um。

所述碳納米管為單壁碳納米管，厚度為0.5～4um。

本發明的一種低密度聚乙烯-碳納米管軟體致動器的制備方法，包括：

(1)將碳納米管加入混酸中，加熱、攪拌，經水洗、冷凍干燥，得到酸化碳納米管；其中碳納米管在混酸中的濃度為12～16mg/mL；

(2)將步驟(2)得到的酸化碳納米管加入溶劑中，超聲分散，得到濃度為0.2～1mg/mL的酸化碳納米管分散液；

(3)將低密度聚乙烯薄膜置于熱臺上，將步驟(2)制得的酸化碳納米管分散液置于噴槍中，將噴槍垂直置于聚乙烯薄膜上方，在氮氣氣壓下將酸化碳納米管分散液噴涂在聚乙烯薄膜表面，得到低密度聚乙烯-碳納米管軟體致動器。

所述步驟(1)中的混酸為體積比為2～4:1的硫酸和硝酸。

所述步驟(1)中加熱的溫度為70～90℃；攪拌為磁力攪拌，攪拌時間為6～10h。

所述步驟(1)中冷凍干燥的工藝參數為：冷凍溫度為-40～-30℃，壓力為20～40MPa，冷凍干燥時間為2～5天。

所述步驟(2)中的溶劑為無水乙醇。

所述步驟(2)中超聲分散的時間為12～36h。