[發明專利]一種石墨烯復合強韌化多孔質凝膠電致動膜的制備方法

有效

• 申請號: 202011456699.4
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112724458B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 楊俊杰;姚金彤;楊雄飛;王思永;馬瑩瑩
• 申請（專利權）人: 東北電力大學
• 主分類號: C08J9/40
• 分類號: C08J9/40;C08J9/28;C08L5/04;C08K5/3445
• 代理公司: 吉林市達利專利事務所 22102
• 代理人: 陳傳林

本發明涉及一種石墨烯復合強韌化的多孔質凝膠電致動膜的制備方法，其特征是，包括選用天然聚合物海藻酸鈉配制成25mg/ml濃度水溶液，并向其中摻雜倒入微納綠色電解質4ml離子液體[EMIm]BF₄，作為凝膠電致動膜溶液的增塑劑和刺激響應性功能組分；采取冷凍負壓鑄造成型法初步制備多孔質凝膠電致動膜半成品，使它具有線性取向的內部各向異性三維層狀結構；將多孔質凝膠電致動膜半成品浸沒在石墨烯水分散液中，對其進行復合強韌化，再加熱干燥而獲得優良的機械性能、導電性及柔韌性的多孔質凝膠電致動膜成品。具有科學合理，操作簡便，適用性強，生產效率高，效果佳的優點。

技術領域

本發明涉及一種凝膠電致動膜的制備方法，特別是涉及一種石墨烯復合強韌化多孔質凝膠電致動膜的制備方法。

背景技術

仿生人工肌肉器件是一種極具應用前景的智能電致動器，它可以代替傳統的驅動系統來再現生物體的運動。在各種智能構筑材料中，凝膠作為仿生人工肌肉器件的電致動膜具有響應范圍廣、體積變形大和靈敏度高等優點。然而，傳統的凝膠電致動膜只產生基于各向同性內結構的體積變化(簡單收縮和膨脹)以響應外部刺激，則不能被視為理想的人工肌肉電致動膜，因為它缺乏復雜變形的能力。亟待解決的是，仿生人工肌肉器件需要內部合理優化設計的各向異性結構的凝膠電致動膜，以使其獲得可控性復雜變形。因此，提供一種操作簡便、生產效率高且可廣泛應用的石墨烯復合強韌化多孔質凝膠電致動膜的制備方法，來構造具有各向異性結構的刺激響應性仿生人工肌肉器件，從而實現其產生多向彎曲、定向放大變形及快速可控性致動的類生物肌肉運動。這對于它超越概念驗證階段并向實際應用邁進，具有十分重要的科學意義及工程價值。

發明內容

本發明的目的是，克服現有技術的不足，提供一種科學合理，操作簡便，適用性強，生產效率高，效果佳的石墨烯復合強韌化的多孔質凝膠電致動膜的制備方法，同時，提供涉及該制備方法的最優化石墨烯水分散液濃度、離子液體摻雜量和制備方法過程參數，從而得到了具有輕質、低能耗、大變形、高柔韌與高彈性的仿生人工肌肉器件用凝膠電致動膜。進一步，詮釋本發明有效的制備方法機理及所得凝膠電致動膜的電致動作用機制，這為電致動膜的性能提升及應用發展開拓了新空間。

本發明的目的是這樣實現的：一種石墨烯復合強韌化多孔質凝膠電致動膜的制備方法，其特征是，它包括以下步驟：

(1)配制凝膠電致動膜溶液：開啟磁力攪拌機，設置溫度50℃、攪拌速度50％，將盛有50ml蒸餾水的燒杯置于其水環境內，并均勻加入1.25g海藻酸鈉，待完全溶解后，滴入4ml離子液體[EMIm]BF₄，并保持50℃水浴加熱攪拌15min，再倒入0.2g十二烷基硫酸鈉粉末，同時滴加丙三醇3ml，繼續加熱、攪拌20min，直至混合均勻，在超聲波清洗機中進行震蕩脫泡處理10min，共4-5個周期，制得凝膠電致動膜溶液；

(2)制備多孔質凝膠電致動膜：將靜置后的凝膠電致動膜溶液倒入托盤中，旁邊放置溫度傳感器，再一同沉入冷阱中，其上方蓋上密封玻璃罩，隨后啟動冷凍鑄造機設定-60℃、制冷7小時，將冷凍初成型冰狀的凝膠電致動膜置于其上方托架上，并蓋上玻璃罩，啟動真空泵，以形成二次負壓冷凍鑄造的環境，使低溫冷阱會自行捕捉并吸附初成型冰狀的的凝膠電致動膜所升華出的水蒸氣，持續20-24小時，制得多孔質凝膠電致動膜半成品；

(3)石墨烯復合強韌化處理：一邊預熱50℃真空恒溫干燥箱30min，同時另一邊在Φ12cm培養皿中，放入多孔質凝膠電致動膜半成品，再將經二次分散后50ml石墨烯水分散液均勻地流延到培養皿中至浸沒凝膠電致動膜半成品，并將其水平放置于真空恒溫干燥箱中，設定溫度50℃、真空度-0.090MPa，靜置4h后自然冷卻干燥，制得多孔質凝膠電致動膜成品。

進一步，所述海藻酸鈉為分析純，90％。

進一步，所述離子液體[EMIm]BF₄為1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽，實驗試劑，97％。

進一步，所述石墨烯水分散液為濃度1.0％。