[發明專利]離子交換膜型多刺激源響應柔性驅動器、制備方法及應用

在審

• 申請號: 202210361255.5
• 申請日: 2022-04-07
• 公開（公告）號: CN114633530A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 常龍飛;王冬平;王超凡;黃之山;胡穎;吳玉程
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: B32B27/32
• 分類號: B32B27/32;B32B27/08;B32B7/10;B32B27/18;C08L27/18;C08K3/04;C08J5/18
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 葉濛濛

本發明涉及柔性驅動器技術領域，具體來說是一種離子交換膜型多刺激源響應柔性驅動器，包括柔性復合膜，柔性復合膜包括相互固定改性離子交換膜層和聚合物薄膜層，改性離子交換膜層內摻雜有碳納米材料；該柔性復合膜在光照、施加電壓、改變溫度或者濕度變化的情況下發生彎曲變形。本申請以離子交換膜溶液、碳納米材料、聚合物薄膜為原料，以有機溶劑稀釋離子交換膜溶液，促進碳納米材料分散，使碳納米材料充分地分散在離子交換膜溶液中；制備時僅需將原料簡單混合，再經烘干、組裝，即可制得多刺激源響應的柔性復合膜，具有制備工藝簡單、材料成本低的優點，且能夠同時響應光、電、熱、濕度和等化學品的多重刺激，應用范圍廣。

技術領域

本發明涉及柔性驅動器技術領域，具體來說是離子交換膜型多刺激源響應柔性驅動器、制備方法及應用。

背景技術

柔性智能驅動器具有質量輕、柔軟靈活、環境適應性好等優點，且在光、電、磁、濕度、化學等外界刺激下發生響應，能夠廣泛應用于柔性機器人、傳感器、人工肌肉、智能開關等領域。

傳統的柔性驅動器主要分為光驅動、電驅動和濕度驅動。光驅動器主要是利用材料的光熱轉化以及熱膨脹原理實現機械能轉變，如公告號為CN107029565B的中國發明專利公開了一種基于氧化石墨烯的光驅動雙層復合膜及其制備方法與應用，該種驅動器往往需要強光源才能實現驅動。

電驅動器主要有電熱型(熱膨脹)、電子型(電荷極化)和離子型(離子遷移)三種類型，電熱驅動器具有相對較低的工作電壓，但是工作溫度高；電子型驅動器需要千伏級的高壓驅動；離子型驅動器工作電壓低，但需要相對濕潤的工作條件。如公告號為CN 111969883B的中國發明專利公開了一種黑磷碳納米管復合材料作為非接觸式靜電響應驅動器的應用，該種驅動器僅能對電驅動激源做出響應。

濕度驅動往往只能對空氣中水分濕度變化的刺激做出響應，響應刺激源單一。目前，公告號為CN109671250A的中國發明專利公開了一種多刺激源響應的變形變色紙基納米復合智能薄膜驅動器、制備方法及應用，該驅動器由紙層、貴金屬納米材料層以及聚合物薄膜層組成，貴金屬納米材料均勻涂覆在紙的單側表面上形成紙與貴金屬納米材料復合導電層，聚合物薄膜層涂覆在復合導電層的貴金屬納米材料一側；驅動器在改變溫度、濕度以及施加電壓情況下發生彎曲變形。但該驅動器不能響應化學品濕度變化的刺激，不利于工業化利用。

可見，現有技術中的柔性驅動器存在制備工藝復雜、材料成本較高、響應刺激源不夠豐富、工業化應用范圍受限等缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于如何提供一種離子交換膜型多刺激源響應柔性驅動器，具有制備簡單、材料成本低的優點，且能夠同時響應光、電、熱、濕度和易揮發有機溶劑的多重刺激，應用范圍廣。

本發明通過以下技術手段實現解決上述技術問題的：

本發明第一方面提供一種離子交換膜型多刺激源響應柔性驅動器，包括柔性復合膜，所述柔性復合膜包括相互固定的改性離子交換膜層和聚合物薄膜層，所述改性離子交換膜層內摻雜有碳納米材料；所述柔性復合膜在光照、施加電壓、改變溫度或者濕度變化的情況下發生彎曲變形。

有益效果：本發明的柔性復合膜包括改性離子交換膜層和聚合物薄膜層，而改性離子交換膜層內摻雜有碳納米材料，當光照增強時，改性離子交換膜層發生光熱轉化，以加熱聚合物薄膜層使其發生熱膨脹，同時改性離子交換膜層受熱失水收縮，以此驅動驅動器向改性離子交換膜層一側彎曲；當光照條件恢復到初始環境下，驅動器的變形可逆，恢復到原來的形狀。

同理，在施加電壓的條件下，改性離子交換膜層發生電熱轉化，以加熱聚合物薄膜層使其發生熱膨脹，同時改性離子交換膜層受熱失水收縮，以此驅動驅動器向改性離子交換膜層一側彎曲；去除電壓后變形消失，驅動器恢復到初始形狀。