[發明專利]一種基于微納光纖的光波導型軟體光驅動器

有效

• 申請號: 202110870445.5
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113601538B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 張磊;肖建亮;楊文珍;馬庶祺;姚妮
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發明公開了一種基于微納光纖的光波導型軟體光驅動器。包括微納光纖、第一變形材料膜和第二變形材料膜，微納光纖一端設有過渡區和腰區，過渡區和腰區封裝在第一變形材料膜中，第一變形材料膜一側布置覆蓋第二變形材料膜，第一變形材料膜或第二變形材料膜中摻雜有光熱轉化材料；第一變形材料膜的折射率小于微納光纖纖芯的折射率，第一變形材料膜和第二變形材料膜的熱膨脹系數不同。本發明可克服空間光型驅動器易受空間環境限制的缺陷，且具有變形幅度大、響應速度快等優點，便于應用在軟體機器人、智能抓取、體內手術等領域。

技術領域

本發明涉及一種光驅動器的設計與制備，具體是涉及了一種基于微納光纖的光波導型軟體光驅動器。

背景技術

可以將外部刺激轉換為機械運動的軟驅動器在許多前沿應用中具有巨大潛力，例如軟機器人，人造肌肉，仿生運動和物體抓取等。由磁場、電場、溫度和濕度等不同刺激驅動的各種軟驅動器已被廣泛報道。其中，由光驅動的光驅動器由于易于遠程控制并可以長距離傳輸，以及波長、強度和偏振等參數的可調節性而受到了特別的關注。

之前研究中的絕大多數光驅動器都是由自由空間光觸發的，這意味著光源和驅動器之間必須有直線光路，對于易受遮擋的情況驅動器的使用受到極大限制。而且在長距離運輸過程中，自由空間光的強度可能會由于環境介質的散射、吸收等顯著降低，影響驅動器的驅動效率。使用光波導將光傳輸到驅動器中是克服這些限制的有效策略，因為光可以通過光波導長距離傳輸，避免傳輸路徑的遮擋和傳輸過程中的能量損失。

然而，目前關于光波導驅動器的研究十分缺乏，并且所報道的光波導驅動器由于所用的光波導材料多為商用光纖，其尺寸較大(100微米)，導致驅動器厚度較大，且易造成與光響應性材料的尺寸不匹配而降低能量利用率，因此目前已有的光波導型驅動器的變形幅度較小且響應時間較長，難以滿足實際使用的需要。因此，開發具有大變形能力的光波導驅動器具有重要的科學價值和應用價值，且需從驅動器的結構設計等方面進行創新。

發明內容

為了解決背景技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種基于微納光纖的光波導型軟體光驅動器。本發明可克服空間光型驅動器易受空間環境限制的缺陷，且具有變形幅度大、響應速度快等優點，便于應用在軟體機器人、智能抓取、體內手術等領域。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

本發明包括微納光纖、第一變形材料膜和第二變形材料膜，微納光纖一端設有過渡區和腰區，過渡區和腰區封裝在第一變形材料膜中，第一變形材料膜一側布置覆蓋第二變形材料膜，第一變形材料膜或第二變形材料膜中摻雜有光熱轉化材料；所述第一變形材料膜的折射率小于微納光纖纖芯的折射率，能夠減少微納光纖過渡區的光泄露，減少損耗；第一變形材料膜和第二變形材料膜的熱膨脹系數不同。

所述的微納光纖的腰區為光纖直徑小于初始正常直徑的一段，即為拉伸區。一般的腰區是經拉伸處理獲得。過渡區為連接在腰區和正常直徑的之間、直徑逐漸變化過渡的一段，通常為錐形。

所述微納光纖的未拉伸區封裝于第一變形材料膜中，能夠提高穩定性。

所述的微納光纖的未拉伸區為和初始正常直徑相同的一段。

所述的微納光纖另一端連接光源。

所述的軟體光驅動器采用以下方式制備：

PDMS預聚體旋涂在基底上并固化得到PDMS膜，使用加熱拉伸法制備微納光纖1形成錐形的過渡區和腰區，并將微納光纖1固定在制備好的PDMS膜上面，隨后在上再次澆鑄PDMS預聚體，固化后得到包埋有微納光纖1的第一變形材料膜2，這樣使得微納光纖1的全部過渡區和腰區和以及部分未拉伸區均包埋在第一變形材料膜2中；

將AuNR分散在GO懸浮液中，得到GO/AuNR懸浮液；再用等離子處理第一變形材料膜2，隨后在第一變形材料膜2等離子處理后的表面涂覆GO/AuNR懸浮液，干燥后得到第二變形材料膜3；