[發明專利]一種層狀微相結構的線性驅動器及其制備方法

有效

• 申請號: 202110755046.4
• 申請日: 2021-07-02
• 公開（公告）號: CN113621151B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 楊曙光;王偉杰;張彩虹;黃浩
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L53/00;D01F8/06;D01F8/08
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

本發明涉及一種層狀微相結構的線性驅動器及其制備方法，層狀微相結構的線性驅動器為纖維或樣條，基體由A層(由嵌段共聚物X和嵌段共聚物Y中A嵌段構成)與B@C復合層(由嵌段共聚物X中的B嵌段與嵌段共聚物Y中的C嵌段構成，二者通過氫鍵或離子鍵復合)交替連接而成；制備方法為：將嵌段共聚物X、嵌段共聚物Y和有機溶劑制成混合溶液后，將混合溶液作為鑄膜液加工成膜再裁成樣條，或者將混合溶液作為紡絲液加工成纖維；嵌段共聚物X與嵌段共聚物Y為ABA型三嵌段共聚物與ACA型三嵌段共聚物，或者為ABA型三嵌段共聚物與AC型兩嵌段共聚物，或者為AB型兩嵌段共聚物與ACA型三嵌段共聚物。本發明有效解決了當前線性驅動器做功小、不穩定等問題。

技術領域

本發明屬仿生物組織結構的驅動器領域，涉及一種層狀微相結構的線性驅動器及其制備方法。

背景技術

線性驅動器因在智能材料、柔體機器人、傳感器件等領域有著潛在應用，近些年來在國際上受到重要關注，中國科學院科技戰略咨詢研究院與中國科學院文獻情報中心《2020研究前沿》報告中指出，化學與材料科學領域“仿生肌肉水凝膠”位于材料學科熱點前言第九位，因此，線性驅動器對于仿生人工肌肉的研究和發明有著重要科學和發展意義。

關于肌肉，以動物骨骼肌為例，動物骨骼肌是附著在骨骼上的肌肉，成百上千的肌肉纖維聚集在一起構成了一塊單獨的骨骼肌，肌纖維是一種長而呈圓柱形的結構，由質膜(肌膜)和覆蓋的基板組成，當它們聚集成束時，就構成了肌肉，肌膜形成一個物理屏障，對抗外部環境。肌原纖維是由有序排列的縱向肌絲組成的收縮單位。肌絲可以是粗絲(由肌球蛋白組成)或細絲(由肌動蛋白組成)。它們一起通過滑動細絲模型通過收縮產生運動。骨骼肌的特征性“條紋”很容易通過光學顯微鏡觀察到，縱切面上交替出現明暗條紋，明帶(稱為I帶)由細絲組成并且在偏振光中是各向同性的，而暗帶(稱為A帶)由粗絲組成并且是各向異性的，M線(表示中間椎間盤)將A帶一分為二，Z線(椎間盤之間；也稱為Z椎間盤或Z帶)定義了每個的橫向邊界肌節單位，當Z線靠得更近時，肌節就會收縮，使肌原纖維收縮，從而使整個肌肉細胞和整個肌肉收縮，因此以Z線為界，Z線與Z線間的明帶和暗帶構成了肌小節層狀的結構形狀(如圖2所示)。且文獻1(Adv Mater 2018,30(6))中公開了人類骨骼肌做功密度最大為40J/kg，最大收縮比(驅動量程)最大為40％，正常情況下應力為0.1MPa，最大為0.35MPa，正常情況下最大能量密度為50W/kg，最大為284W/kg。

現有技術公開了大量的關于仿肌肉或肌小節的研究，如文獻2(J.Am.Chem.Soc.2021,143(2),902-911；Materials Chemistry Frontiers 2019,3(11),2463-2471)中的仿肌肉或肌小節以及文獻3(Acs Macro Letters 2020,9(11),1507-1513；Adv.Funct.Mater.2021,2007437)中的仿生結構，其均不是層狀結構，無法模仿肌小節層狀結構，并且無法驅動或無法可逆的穩定驅動(即無法循環做功)，而且，與人體骨骼肌相比，有著做功密度低，驅動緩慢，功率密度低，驅動伸縮比小問題。現有技術報道的層狀結構的驅動材料只能進行彎曲，不能伸縮，即不是線性驅動器，如文獻4(Langmuir 2015,31(18),5015-24；Chemphyschem 2017,18(11),1451-1465)。關于線性驅動器的研究，文獻5(Advanced Functional Materials 2020,30(32))中公開的如液晶彈性體制備的聚合物人工肌肉驅動器，對外響應能力單一，只能對單一溫度或光或熱做出響應，除此之外，大多數的驅動器材料依靠體積收縮達到伸縮的目的，為獲得出色的伸縮比，常采用增大驅動器的長徑比來實現，但仍然無法避免在驅動徑向方向的溶脹，最終導致驅動器伸縮比小、做功能力差等缺點。

因此，研究一種能夠仿生動物組織結構(如肌小節層狀結構)，克服當前線性驅動器做功小、不穩定等一系列問題的驅動器及其方法具有十分重要的意義。

發明內容