[發(fā)明專利]一種基于自愈合彈性體的可重構(gòu)驅(qū)動器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011615508.4
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112778489B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 游正偉;樓佳銘
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/48;C08G18/32;C08J5/18;B25J9/00;B32B27/40;B32B27/08;C08L75/08
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31233
• 代理人: 魏峯;黃志達(dá)

本發(fā)明涉及一種基于自愈合彈性體的可重構(gòu)驅(qū)動器及其制備方法，由自愈合的非交聯(lián)的PDOU薄膜NPDOU和交聯(lián)的PDOU薄膜CPDOU組成。本發(fā)明基于本征型自愈合的聚肟氨酯彈性體的可重構(gòu)軟驅(qū)動器，具有不同交聯(lián)度的PDOU彈性體對溶劑表現(xiàn)出不同的響應(yīng)性，并且可以無縫愈合；組裝的驅(qū)動器/機(jī)器人無需任何外部刺激下通過簡單的剪裁和重新組裝實現(xiàn)重新編程以顯示多種驅(qū)動模式，為構(gòu)造復(fù)雜的軟機(jī)器人鋪平了一條簡單、有力、通用的路徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軟體驅(qū)動器領(lǐng)域，特別涉及一種基于自愈合彈性體的可重構(gòu)驅(qū)動器及其制備方法。

背景技術(shù)

軟體驅(qū)動器相較于剛性驅(qū)動器具有低成本、低密度、高自由度、高適應(yīng)性、良好的人機(jī)交互界面等優(yōu)點(diǎn)，其被廣泛應(yīng)用于軟體機(jī)器人、人工肌肉、微型設(shè)備、柔性傳感等領(lǐng)域。驅(qū)動器為軟機(jī)器人中產(chǎn)生運(yùn)動的關(guān)鍵部件，這使其對軟機(jī)器人的發(fā)展至關(guān)重要，而受到廣泛關(guān)注。智能驅(qū)動材料能夠響應(yīng)諸如溶劑，熱，光，電場，磁場，濕度等刺激表現(xiàn)出可逆的形狀轉(zhuǎn)換。各向異性結(jié)構(gòu)是驅(qū)動器能在刺激下能夠產(chǎn)生變形或運(yùn)動的關(guān)鍵。目前可用于制備驅(qū)動器各向異性結(jié)構(gòu)的方法主要包括一鍋法、逐層聚合、3D打印、光刻、離子印刷等。這些驅(qū)動器往往引入化學(xué)交聯(lián)來固定各向異性結(jié)構(gòu)，并穩(wěn)定其驅(qū)動性能。然而，穩(wěn)定的交聯(lián)結(jié)構(gòu)限制了驅(qū)動器的形變的多樣性和后處理能力。因此，傳統(tǒng)的驅(qū)動器在刺激下只能產(chǎn)生預(yù)設(shè)的變形應(yīng)用于單一的場合。為了解決這一缺點(diǎn)，研究人員提出了重構(gòu)。重構(gòu)是重新配置驅(qū)動器中各向異性結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)多模式驅(qū)動的過程，即單個器件在刺激下表現(xiàn)出多種驅(qū)動行為。可重構(gòu)驅(qū)動器能夠?qū)ζ涓飨虍愋越Y(jié)構(gòu)進(jìn)行微小的修改以適應(yīng)新的任務(wù)。這比制造新驅(qū)動器更方便、實用兼有更低的成本。重構(gòu)過程有利于提升資源的利用率和可持續(xù)性發(fā)展。可重構(gòu)性也有望成為具有先進(jìn)可調(diào)變形能力的新一代自適應(yīng)軟驅(qū)動器的關(guān)鍵。

目前實現(xiàn)驅(qū)動器的可重構(gòu)性的方法仍較少。目前所報道的可重構(gòu)驅(qū)動策略主要包括使用可逆反應(yīng)來改變分子結(jié)構(gòu)，如液晶基元的重排，偶氮苯的順-反異構(gòu)化，可逆交聯(lián)。這些方法修改了驅(qū)動器中的各向異性結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)多模式驅(qū)動。但其往往需要外部刺激(例如加熱和圖案照明)來促進(jìn)這些可逆反應(yīng)，從而改變驅(qū)動器中的各向異性結(jié)構(gòu)。一些熱刺激的動態(tài)反應(yīng)在不加熱的情況下也可能會發(fā)生。這會擾亂液晶基元的有序取向，這不利于驅(qū)動的穩(wěn)定。對于獲得圖案化的光場照射，具有各種蝕刻圖案的精密光刻掩模是必不可少的。由于光線的穿透力差，驅(qū)動器往往被做的很薄，這限制其應(yīng)用。其他一些方法也被報道用于驅(qū)動器的重構(gòu)，如修改響應(yīng)涂層的圖案。但是，這種重構(gòu)過程通常涉及到危險的強(qiáng)酸或強(qiáng)堿，這可能會損壞驅(qū)動器。此外，超分子粘合劑通過重構(gòu)其各向異性結(jié)構(gòu)被實現(xiàn)驅(qū)動器的重構(gòu)。但是，該粘合劑只能施加到特定的基材表面上，并且每個重構(gòu)過程都需要新的一批粘合劑。此外，需要化學(xué)藥品來去除先前的粘合劑，該復(fù)雜的過程可能對驅(qū)動器有害。這些重構(gòu)過程往往涉及到精密設(shè)備、外加試劑和外加刺激。這限制了變形的多樣性和可重構(gòu)驅(qū)動器的實際應(yīng)用。因此，設(shè)計一種簡單而通用的方法來制造可重構(gòu)驅(qū)動器并實現(xiàn)簡便重構(gòu)仍然是一個挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于自愈合彈性體的可重構(gòu)驅(qū)動器及其制備方法，基于本征型自愈合的聚肟氨酯彈性體的可重構(gòu)軟驅(qū)動器，具有不同交聯(lián)度的PDOU彈性體對溶劑表現(xiàn)出不同的響應(yīng)性，并且可以無縫愈合。

本發(fā)明提供了一種基于自愈合彈性體的可重構(gòu)驅(qū)動器，由自愈合的非交聯(lián)的PDOU薄膜NPDOU和交聯(lián)的PDOU薄膜CPDOU組成。

所述NPDOU和CPDOU由聚四氫呋喃二醇PTMG、丁二酮肟DMG、二苯基甲烷二異氰酸酯MDI和二亞乙基三胺DETA縮聚而得。

所述NPDOU的結(jié)構(gòu)式為：

所述CPDOU的結(jié)構(gòu)式為：

其中，

m,n,x的數(shù)值范圍為m/n＝1/1-4/1，n＝8-40，x＝7-28。