[發(fā)明專利]一種響應(yīng)速度超快的電熱驅(qū)動器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112228297B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭永武;陳良俊;陳桂南;楊中林
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: F03G7/06
• 分類號: F03G7/06;H01B5/14;H01B1/02
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;朱思蘭

一種響應(yīng)速度超快的電熱驅(qū)動器，由高分子薄膜和附著于高分子薄膜上的銀納米線/粘結(jié)劑層構(gòu)成雙層結(jié)構(gòu)，在雙層結(jié)構(gòu)一端的銀納米線/粘結(jié)劑層上涂覆有導(dǎo)電電極用于連接導(dǎo)線，并且由涂覆了導(dǎo)電電極的一端沿縱向從中間剪裁開形成U形；本發(fā)明將具有優(yōu)異導(dǎo)電性的銀納米線與具有很大熱膨脹系數(shù)的高分子薄膜結(jié)合起來，通過粘結(jié)劑的作用形成雙層電熱驅(qū)動器，本發(fā)明解決了電熱驅(qū)動器響應(yīng)慢和驅(qū)動電壓高的問題，所制備的混合銀納米線電熱驅(qū)動器具有優(yōu)異的響應(yīng)速度，彎曲360°僅需要0.08s，驅(qū)動電壓僅需1V。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電熱驅(qū)動領(lǐng)域，涉及一種響應(yīng)速度超快的電熱驅(qū)動器及其制備方法。

背景技術(shù)

驅(qū)動器是智能開關(guān)、智能機器人以及智能裝備中的關(guān)鍵控制元件，對智能系統(tǒng)內(nèi)部指令的執(zhí)行起到核心作用。隨著智能機器人以及智能系統(tǒng)的快速發(fā)展與普及，對于驅(qū)動器的要求越來越高，需要同時具備快的響應(yīng)速度、大的形變量、高的能量轉(zhuǎn)換效率。電熱驅(qū)動器是將電能轉(zhuǎn)換為熱能，利用材料熱膨脹系數(shù)的差異驅(qū)動材料發(fā)生形變的驅(qū)動器件。電熱驅(qū)動器制備簡單，可控性強，形變量大，能量轉(zhuǎn)換效率較高。但是，電熱驅(qū)動器的響應(yīng)速度慢，一般在1-20秒之間，嚴(yán)重影響了電熱驅(qū)動器在智能系統(tǒng)中的應(yīng)用。

一般電熱驅(qū)動是利用導(dǎo)電層和基底的熱膨脹系數(shù)不同，在導(dǎo)電層通電發(fā)熱時引起導(dǎo)電層和基底的變形不同造成彎曲，通常導(dǎo)電層包括碳納米管、金屬鍍層、石墨烯等(例如CN110183704A、CN108284430A、CN106739236B)，以增加電熱驅(qū)動器的導(dǎo)電性，提升電熱驅(qū)動器的響應(yīng)速度；通過選擇和導(dǎo)電層熱膨脹系數(shù)差異大的基底，以增加電熱驅(qū)動器的彎曲角度，提升驅(qū)動效果。但是這些電熱驅(qū)動器或者響應(yīng)速度慢，或者驅(qū)動電壓高，因此總體的電熱驅(qū)動性能仍然達(dá)不到實用要求。因此，迫切需要研發(fā)新型電熱驅(qū)動器，使其兼具高的響應(yīng)速度和低的驅(qū)動電壓，確保其具有優(yōu)異的電熱驅(qū)動性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有電熱驅(qū)動器存在的問題，本發(fā)明提供了一種響應(yīng)速度超快的電熱驅(qū)動器及其制備方法，該電熱驅(qū)動器具有響應(yīng)速度快、形變量大和能量轉(zhuǎn)換效率高的特點，驅(qū)動性能優(yōu)異。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種響應(yīng)速度超快的電熱驅(qū)動器，由高分子薄膜和附著于高分子薄膜上的銀納米線/粘結(jié)劑層構(gòu)成雙層結(jié)構(gòu)，在雙層結(jié)構(gòu)一端的銀納米線/粘結(jié)劑層上涂覆有導(dǎo)電電極用于連接導(dǎo)線，并且由涂覆了導(dǎo)電電極的一端沿縱向從中間剪裁開形成U形；

進(jìn)一步：

所述電熱驅(qū)動器的長度為1-20cm，寬度為0.1-20cm，U形結(jié)構(gòu)未剪裁部分長度為0.1-10cm；

所述雙層結(jié)構(gòu)中，高分子薄膜的厚度為1-20μm，銀納米線/粘結(jié)劑層的厚度為100nm-2μm；

所述高分子薄膜的材質(zhì)為線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚酰亞胺、聚二甲基硅氧烷、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯或紙；

所述粘結(jié)劑為海藻酸鈉、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、殼聚糖、羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素、羧甲基纖維素鈉中的一種或兩種以上任意比例的混合物；所述粘結(jié)劑與銀納米線的質(zhì)量比為0.1-10：1；

所述銀納米線直徑為18-200nm，長度為1-200μm；更為優(yōu)選的，所述銀納米線為粗銀納米線和細(xì)銀納米線質(zhì)量比12：1的混合物，所述粗銀納米線直徑為150nm，長度為4.1μm，細(xì)銀納米線直徑為22nm，長度為1.0μm。

本發(fā)明所述電熱驅(qū)動器的制備方法為：

(1)將粘結(jié)劑溶液與銀納米線溶液混合，得到混合液；

所述粘結(jié)劑溶液的濃度為0.001-10wt％，溶劑為水、乙醇、甲醇、聚丙烯醇中的一種或兩種以上任意比例的混合溶劑；

所述銀納米線溶液的濃度為0.1-25mg/mL，溶劑為水、乙醇、甲醇、聚丙烯醇中的一種或兩種以上任意比例的混合溶劑；