[實用新型]一種可改變表面紅外線反射率的柔性氣動結構

有效

• 申請號: 201922128569.7
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN211398109U
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 崔彥;劉曉剛
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: F15B15/10
• 分類號: F15B15/10;F16L59/02;F16L59/06;F16L59/08;C09K5/14;B29C39/02;B29C39/26;B29C39/44
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐俊;柏子雵

本實用新型提供了一種可改變表面紅外線反射率的柔性氣動結構，其特征在于，包括N個單體結構，所有單體結構無穿插、無鏤空排列形成成片連接的完整的片狀結構，或者所有單體結構穿插連接。本實用新型創造出一種可以改變自我形態的柔性結構，通過形變，同時改變材料的熱傳導和熱輻射性能，提高了材料調溫性能的有效性，這種變形能力，賦予其新的“生命”，可用于作為調溫隔熱材料或建筑節能環保材料。從此不再是一個單一的個體，而是擁有了“柔性邏輯”，變成了一個靈活多變的“系統”，具有了環境的“自適應”能力。

技術領域

本實用新型涉及一種通過改變其紅外線吸收(反射)比率來達到熱調節功能的負泊松比結構，該負泊松比結構可作為調溫隔熱材料或建筑節能環保材料。

背景技術

在自然界中，許多物種都有變色的能力以實現自己的目標，例如保護自己，防曬或吸引昆蟲。例如變色龍，有一種非凡的能力，能在雄性動物的競爭或求愛等社會交往中表現出復雜而迅速的顏色變化。以往研究人員認為這種行為主要是為了求偶或防御天敵，近期的研究發現，變色龍還通過皮膚的這一特性來反射陽光，提高自身熱防護性能。

(一)調溫隔熱材料

熱物理范疇中，熱能的傳遞分為三種方式：熱傳導、熱對流和熱輻射。凡可以減弱任意傳熱方式的調溫材料均可提高材料的隔熱性能。在已有的調溫隔熱材料中，主要分為兩種類型，第一種是利用其它形式的能量，如電能、自能、化學能等，主動改變材料的溫度或隔熱性能。如碳纖維加熱材料，是通過電能轉化為熱能，從而達到調溫的功效。再比如相變材料，通過材料的相變實現吸熱或者放熱。另一種是被動調溫材料，比如形狀記憶材料，當溫度達到一定數值時，形狀記憶材料改變形狀，靜止空氣量增加，達到隔熱效果。目前已有的調溫材料或隔熱材料，主要通過改變一種熱能傳遞方式來達到隔熱功效。很少有材料可以同時改變兩種以上熱能傳遞方式來改變其保暖性能。

(二)負泊松比結構——羅恩·雷施(Ron Resch)三角形

泊松比(Poisson’s ratio)的概念由法國著名數學家西莫恩·德尼·泊松(Simeon-Denis Poisson)首次提出，用于描述在材料發生橫向變形的同時伴隨產生的縱向變形現象，大多數傳統材料具有正泊松比。目前，經典彈性理論證明了各向同性材料的泊松比取值范圍在-1.0～0.5之間。當泊松比為負值時，材料會表現出不同于傳統材料的反常特性，同時這種特性可表現在平面二維結構或立體三維結構中。例如二維平面的負泊松比結構，其橫向受拉伸載荷時，會沿縱向發生膨脹。當物體Z軸方向收到外力擠壓時，常規材料的X，Y軸方向發生外擴形變，而負泊松比結構(又稱超材料或拉漲結構)的X和Y軸方向則發生反向內縮形變。負泊松比結構在抗剪承載力、抗斷裂性、能量吸收和壓陷阻力等方面比傳統材料更有優勢，因而此類材料在醫療設備、傳感器、防護設備、航空航海及國防工程等領域有廣泛的應用前景。

(三)軟體機器人(流體壓差驅動)

科學家所定義的軟體機器人(Soft Robotics)是由與自然界生物體的楊氏模量相當的材料構成的具有自主行為的人造系統。國際機器人協會對軟體機器人的定義是：(1)由某種特殊的柔軟彈性材料制成的機械裝置；(2)或由多個剛性部件構成，但能展現出類似軟體機器人變形特性的機電裝置。軟體機器人的驅動方式主要取決于所使用的智能材料；一般有介電彈性體(DE)、離子聚合物金屬復合材料(IPMC)、形狀記憶合金(SMA)、形狀記憶聚合物(SMP)等等，從響應的物理量暫時分為如下幾類：電場、壓力、磁場、化學反應、光、溫度等。其中基于壓力的流體壓差驅動方式，是目前控制軟體機器人的主要方法之一。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種可以改變自我形態的柔性結構，以實現熱調節功能。