[發明專利]一種基于液汽相變材料的電熱軟體致動器及其制造方法

在審

• 申請號: 202210573251.3
• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN114952815A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 魏發南;翟竹山
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: B25J9/14
• 分類號: B25J9/14;B25J19/00
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 郭東亮;蔡學俊

1.一種基于液汽相變材料的電熱軟體致動器，其特征在于：所述致動器包括順序排列且以接觸面連接組合為一體的第一彈性片體、相變腔室片體和第二彈性片體；所述第一彈性片體的彈性模量小于第二彈性片體；第一彈性片體的邊緣與第二彈性片體的邊緣相連；所述相變腔室片體包括填充有液態的液汽相變材料的彈性腔室；當致動器的溫度上升使液汽相變材料從液態轉為氣態時，所述相變腔室片體在蒸汽壓力下膨脹并驅動第一彈性片體、第二彈性片體形變，所述第一彈性片體的形變量大于第二彈性片體，使致動器向第二彈性片體一側彎曲。

2.根據權利要求1所述的一種基于液汽相變材料的電熱軟體致動器，其特征在于：所述第二彈性片體的底面與彈性腔室的頂面相連接形成致動器的頂面；所述第一彈性片體與彈性腔室的底面、側壁相連形成致動器的底面與側面；當致動器的溫度下降使液汽相變材料從氣態轉為液態時，致動器在彈力作用下回復為平板形態。

3.根據權利要求2所述的一種基于液汽相變材料的電熱軟體致動器，其特征在于：所述第一彈性片體的材質為ecoflex0030硅橡膠；所述第二彈性片體的材質為聚二甲基硅氧烷，即PDMS；所述液汽相變材料為無水乙醇或者Novec-7000電子氟化液。

4.根據權利要求2所述的一種基于液汽相變材料的電熱軟體致動器，其特征在于：所述第二彈性片體內置電熱絲，當電熱絲通電后，以焦耳熱效應使致動器升溫。

5.根據權利要求4所述的一種基于液汽相變材料的電熱軟體致動器，其特征在于：所述致動器呈長條矩形；多個致動器以長條矩形的中心交叉組合為可抓握物體的抓手結構，當電熱絲通電時，抓手結構執行抓握動作，當電熱絲冷卻時，抓手結構復位。

6.根據權利要求2所述的一種基于液汽相變材料的電熱軟體致動器，其特征在于：所述彈性腔室使用水溶性聚乙烯醇PVA輔助制造，具體方法為：在已經固化的ecoflex0030材質的最底層上貼上裁剪好的PVA膜，然后在其上方倒入ecoflex0030的前體A液和B液1:1配比的混合液；混合液固化后通過針筒往PVA膜處注入水使其溶解并以針筒排出，重復進行幾次注水排出操作即可形成彈性腔室。

7.基于液汽相變材料的電熱軟體致動器的制造方法，其特征在于：包括以下步驟；

步驟S1、通過3D打印機打印模具，把PVA膜裁剪成所設計的彈性腔室形狀，按預設計腔室的高度來使PVA膜具備對應的厚度；

步驟S2、致動器底層制備：將ecoflex0030硅橡膠的A液和B液按1:1的比例混合，倒入模具的第一層，然后在電烤箱中固化10-15分鐘，電烤箱溫度設置為50攝氏度；

步驟S3、致動器中間層制備：將裁剪好的PVA膜貼到固化好的致動器底層的硅膠上，并倒入ecoflex0030混合液，隨后放到電烤箱中固化10-15分鐘，電烤箱溫度設置為50攝氏度；

步驟S4、致動器頂層制備：將電熱絲固定在已經固化的致動器中間層上，PDMS的A液和B液按照1:15的比例進行配置，并將配置好的PDMS混合液倒入模具，放入電烤箱固化4-5小時，電烤箱溫度設置為50攝氏度；

步驟S5、從模具中取出固化好的致動器，裁剪后用裝有水的針筒注射器向PVA膜內注入水，PVA膜融于水后在致動器的第二層內形成一個腔室，排出腔室中的混合液體，重復注水幾次以清除在腔室中殘余的PVA，然后使用密封膠封住空腔入口；

步驟S6、使用小針頭注射器向腔室中注入液汽相變材料，所述液汽相變材料選用無水乙醇或者Novec-7000。