[發(fā)明專利]一種高頻快速驅(qū)動的形狀記憶驅(qū)動器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011505825.0
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112664420B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鐵風(fēng);許藝;楊栩旭;薛耀庭;曹許諾;尹順禹;李昕格
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: F03G7/06
• 分類號: F03G7/06;C09D133/26;C09D7/63;C08F220/56;C08F230/08;C08F2/48
• 代理公司: 深圳市優(yōu)賽朝聞專利代理事務(wù)所(普通合伙) 44454
• 代理人: 譚育華

本發(fā)明提供一種高頻快速驅(qū)動的形狀記憶驅(qū)動器及其制備方法。高頻快速驅(qū)動的形狀記憶驅(qū)動器包括形狀記憶材料本體和水凝膠涂層，所述水凝膠涂層包覆所述形狀記憶材料本體，所述水凝膠涂層與所述形狀記憶材料本體之間形成粘合界面。本發(fā)明中的形狀記憶材料本體在水凝膠涂層的包裹下，由于水凝膠具有較大的熱容，可以加速冷卻過程，能夠一種高頻快速驅(qū)動。本發(fā)明的形狀記憶材料驅(qū)動器可通過調(diào)整水凝膠涂層的厚度來滿足所需要達到的循環(huán)次數(shù)或者驅(qū)動頻率的要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能材料驅(qū)動器技術(shù)領(lǐng)域，具體為形狀記憶驅(qū)動器，尤其是一種高頻快速驅(qū)動的形狀記憶驅(qū)動器及其制備方法。

背景技術(shù)

形狀記憶材料主要包括形狀記憶合金(SMA)和形狀記憶聚合物(SMP),是一類能夠記憶其初始形狀、同時具有傳感和驅(qū)動功能的智能材料。形狀記已經(jīng)在工業(yè)、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。但是目前以形狀記憶材料作為驅(qū)動器的主要瓶頸在于其加熱后冷卻速度慢，導(dǎo)致驅(qū)動器的動作頻率較低。目前針對形狀記憶材料的常用冷卻方式主要有空氣與水的強制對流方法和半導(dǎo)體散熱片。

Robert D.Howe等設(shè)計了一種形狀記憶合金驅(qū)動的觸覺形狀顯示器，用氣體噴嘴強制對流加快冷卻過程。Y.Taddnsse等用2.7m/s的水流通過碳纖維管來給形狀記憶合金絲降溫，冷卻時間相比空氣自然對流提升了約5倍。Brian Selden等設(shè)計了一種分段的形狀記憶合金驅(qū)動器，利用帕爾貼效應(yīng)的熱電器件來加速冷卻過程，實現(xiàn)了分段的選擇性加熱和冷卻。發(fā)明專利(CN104847611A)也公開了一種基于微管道冷卻的形狀記憶合金驅(qū)動器，其采用內(nèi)置的微管道來加速SMA絲的冷卻過程，從而提高SMA驅(qū)動器的往復(fù)動作頻率。這些方法都可以顯著降低形狀記憶材料的冷卻時間，提高驅(qū)動器的動作頻率，但是不可避免的引入了電源、泵等外接機械設(shè)備，從而造成了驅(qū)動器整體重量和體積的增大，還導(dǎo)致了驅(qū)動器整體能耗的增加。

本發(fā)明提出一種采用水凝膠材料作為形狀記憶材料的涂層以提升形狀記憶材料的散熱性能，從而提高形狀記憶材料響應(yīng)頻率的方法。水凝膠是一種以水為分散介質(zhì)的凝膠物質(zhì)，其含水量高，性質(zhì)柔軟，廣泛應(yīng)用于生物工程，藥物工程等。水凝膠在近年來吸引了各界學(xué)者的研究，其理論研究和實際應(yīng)用都得到了較大的發(fā)展。水凝膠材料中具有大量的水分，而水的高比熱容使其能夠幫助高溫物體迅速降溫，我們利用該特性，并通過涂層的方式將其應(yīng)用于形狀記憶材料的快速降溫中，達到提升形狀記憶材料驅(qū)動速度以及響應(yīng)頻率的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有形狀記憶驅(qū)動器在其冷卻系統(tǒng)笨重和其響應(yīng)頻率不高的問題，提出一種高頻快速驅(qū)動的形狀記憶驅(qū)動器及其制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種高頻快速驅(qū)動的形狀記憶驅(qū)動器，其特征在于，包括形狀記憶材料本體和水凝膠涂層，所述水凝膠涂層包覆所述形狀記憶材料本體，所述水凝膠涂層與所述形狀記憶材料本體之間形成粘合界面。

進一步的，所述形狀記憶材料本體為形狀記憶合金或形狀記憶聚合物。

進一步的，所述形狀記憶材料的形狀為絲狀、絞線狀、平面狀和彈簧等三維形狀。

進一步的，所述水凝膠涂層由親水高分子和水分組成。

進一步的，所述水凝膠通過化學(xué)鍵、氫鍵或物理搭接方式與形狀記憶材料本體表面形成粘結(jié)界面。

進一步的，所述水凝膠涂層可具有不同的厚度，以使所述形狀記憶驅(qū)動器獲得不同的循環(huán)次數(shù)和驅(qū)動頻率。

本發(fā)明還提供一種高頻快速驅(qū)動的形狀記憶驅(qū)動器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、準(zhǔn)備一形狀記憶合金材料本體；