一种基于碳纳米管的致动器的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种致动器的制备方法，该方法包括以下步骤：提供一碳纳米管层；在所述碳纳米管层的表面设置一氧化钒层；以及在含氧气氛中退火使所述氧化钒层转变为二氧化钒层。本发明专利技术的致动器采用碳纳米管层与二氧化钒层复合结构。由于二氧化钒层相变时形变较大，响应速率快，因此该致动器具有较大的形变和较快的响应速率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳纳米管的致动器的制备方法
本专利技术涉及一种致动器，尤其涉及一种基于碳纳米管的致动器以及该致动器的应用。
技术介绍
致动器的工作原理为将其它能量转换为机械能，实现这一转换经常采用的途径有三种：通过静电场转化为静电力，即静电驱动；通过电磁场转化为磁力，即磁驱动；利用材料的热膨胀或其它热特性实现能量的转换，即热驱动。现有的热致动器通常是以聚合物为主体的膜状结构，通过电流使聚合物温度升高并导致明显的体积膨胀，从而实现致动。热致动设备的原理决定了电极材料必须具备很好的导电性、柔性和热稳定性。含有碳纳米管的复合材料已被发现可用来制备电热致动复合材料。现有技术提供一种含有碳纳米管的电热致动复合材料，包括柔性高分子基底材料及分散在柔性高分子基底材料中的碳纳米管。含有碳纳米管的电热致动复合材料可以导电，通电以后可发热，发热后，所述含有碳纳米管的电热致动复合材料体积发生膨胀，进而实现弯曲致动。然而，该电热致动复合材料的形变量有限，且响应速率较慢，不利于其进一步应用。
技术实现思路
本专利技术提出一种可以实现较大形变量且具有较快响应速率的致动器的制备方法。一种致动器的制备方法，该方法包括以下步骤：提供一碳纳米管层；在所述碳纳米管层的表面设置一氧化钒层；以及在含氧气氛中退火使所述氧化钒层转变为二氧化钒层。如上述致动器的制备方法，其中，所述在碳纳米管层的表面设置氧化钒层的方法为设置一氧化钒与碳纳米管的复合层。如上述致动器的制备方法，其中，所述在碳纳米管层的表面设置氧化钒层的方法进一步包括步骤：提供多个碳纳米管膜；在每个碳纳米管膜的表面沉积一氧化钒层；将多个沉积有氧化钒层的碳纳米管膜层叠设置于所述碳纳米管层的表面。如上述致动器的制备方法，其中，所述碳纳米管膜厚度小于30纳米，且每个碳纳米管膜表面的氧化钒层厚度大于30纳米，从而使得相邻碳纳米管膜之间的距离大于30纳米。如上述致动器的制备方法，其中，所述碳纳米管膜至少在一个方向的尺寸大于其表面的氧化钒层在该方向的尺寸，从而使得所述氧化钒层转变为二氧化钒层后所述碳纳米管膜部分延伸到所述二氧化钒层外部。如上述致动器的制备方法，进一步包括使所述碳纳米管膜延伸到所述二氧化钒层外的部分与所述碳纳米管层接触并电连接。如上述致动器的制备方法，其中，所述在碳纳米管层的表面设置一氧化钒层的方法进一步包括步骤：提供一碳纳米管阵列，所述碳纳米管阵列包括多个平行间隔设置的碳纳米管；沿着垂直于碳纳米管长度的方向拉伸该碳纳米管阵列，从而使该相邻碳纳米管之间的间距增大；在相邻碳纳米管之间沉积氧化钒，从而形成一氧化钒层；以及将沉积有氧化钒层的碳纳米管阵列层叠设置于所述碳纳米管层的表面，且所述碳纳米管阵列中的碳纳米管垂直于所述碳纳米管层设置。如上述致动器的制备方法，其中，所述碳纳米管阵列中的碳纳米管一端与所述碳纳米管层接触，另一端向远离所述碳纳米管层的方向延伸。如上述致动器的制备方法，进一步包括设置一柔性保护层，所述柔性保护层将所述碳纳米管层或二氧化钒层至少部分包覆。如上述致动器的制备方法，其中，所述柔性保护层设置于所述二氧化钒层表面，所述柔性保护层具有弹性且可以与所述二氧化钒层一起收缩。如上述致动器的制备方法，其中，所述碳纳米管层中的多个碳纳米管沿着基本平行于碳纳米管层表面的方向延伸。如上述致动器的制备方法，进一步包括对所述氧化钒层进行掺杂。相较于现有技术，本专利技术制备的致动器采用碳纳米管层与二氧化钒层复合结构。由于二氧化钒层相变时形变较大，响应速率快，因此该致动器具有较大的形变和较快的响应速率。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的致动器的结构示意图。图2为本专利技术第一实施例提供的致动器的制备方法流程图。图3为本专利技术第二实施例提供的致动器的结构示意图。图4为本专利技术第二实施例提供的致动器的制备方法流程图。图5为本专利技术第三实施例提供的致动器的结构示意图。图6为本专利技术第三实施例提供的致动器的制备方法流程图。图7为本专利技术第四实施例提供的致动器的结构示意图。图8为本专利技术第四实施例提供的致动器的制备方法流程图。图9为本专利技术第五实施例提供的致动器的结构示意图。图10为本专利技术第六实施例提供的致动系统的结构示意图。图11为本专利技术第六实施例提供的致动系统的制备方法流程图。图12为本专利技术第六实施例制备的致动器的整体扫描电镜(SEM)照片。图13为本专利技术第六实施例制备的致动器的局部放大扫描电镜照片。图14为本专利技术第六实施例制备的致动器的透射电镜(TEM)照片。图15为本专利技术第六实施例制备的致动器EDX(EnergyDispersiveX-ray)光谱。图16为本专利技术第六实施例制备的致动器的拉曼散射普。图17为本专利技术第七实施例提供的致动系统的结构示意图。图18为本专利技术第八实施例提供的致动系统的结构示意图。图19为本专利技术第八实施例制备的致动器的局部放大扫描电镜照片。图20为本专利技术第八实施例制备的致动器的EDS(EnergyDispersiveSpectrometer)能谱。图21为本专利技术第八实施例制备的致动器从32℃加热到46℃时发生弯曲的光学照片。图22为本专利技术第八实施例制备的致动器分别在常温26℃和50℃时的拉曼散射普。图23为本专利技术第九实施例提供的致动系统的结构示意图。图24为本专利技术第十实施例提供的温度感测系统的结构示意图。图25为本专利技术第十一实施例提供的温度感测系统的结构示意图。图26为本专利技术第十一实施例提供的温度感测系统的致动器的扫描电镜照片。图27为采用本专利技术第十一实施例提供的温度感测系统测量人体温度时的测试结果。图28为本专利技术第十三实施例提供的机器人的结构示意图。图29为本专利技术第十三实施例提供的机器人的仿生手臂的光学照片。图30为本专利技术第十三实施例的仿生手臂移动纸片的光学照片。图31为本专利技术第十四实施例提供的仿生昆虫的结构示意图。图32为本专利技术第十四实施例提供的仿生昆虫的光学照片。图33为本专利技术第十四实施例提供的仿生昆虫煽动翅膀的光学照片。图34为本专利技术第十四实施例制备的仿生蝴蝶的光学照片。主要元件符号说明致动系统10,10A,10B,10C致动器11,11A,11B,11C,11D碳纳米管层110二氧化钒层111氧化钒层112碳纳米管膜113碳纳米管阵列114柔性保护层115弹性胶带116碳纳米管层状结构117电极118固定装置12激励装置13电极131电源133基板14凹槽141温度感测系统20,20A电源21电流表22第一电极23第二电极24导热基底25机器人30身体31操作系统32仿生手臂33仿生手掌34激光器35仿生昆虫40躯体41翅膀42如下具体实施例将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式以下将结合附图详细说明本专利技术提供的致动器，采用该致动器的致动系统以及其他应用。请参见图1，本专利技术第一实施例提供一种致动器11，其包括一碳纳米管层110以及一与该碳纳米管层110层叠设置的二氧化钒层111。所述碳纳米管层110用于发热或吸收热量并将热量传递给所述二氧化钒层111，引起所述二氧化钒层111层沿着平行于其平面的方向，即垂直于厚度的方向，收缩，从而导致该致动器11弯曲。由于所述碳纳米管层110具有较高较快的光热转换效率和电热转换效率，较小的比热容，使得所述种致动器11具有较快的相应速度。所述二氧化钒层111本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种致动器的制备方法，该方法包括以下步骤：提供一碳纳米管层；在所述碳纳米管层的表面设置一氧化钒层；以及在含氧气氛中退火使所述氧化钒层转变为二氧化钒层。

【技术特征摘要】
1.一种致动器的制备方法，该方法包括以下步骤：提供一碳纳米管层；在所述碳纳米管层的表面设置一氧化钒层；以及在含氧气氛中退火使所述氧化钒层转变为二氧化钒层。2.如权利要求1所述的致动器的制备方法，其特征在于，所述在碳纳米管层的表面设置氧化钒层的方法进一步包括步骤：提供多个碳纳米管膜；在每个碳纳米管膜的表面沉积一氧化钒层；将多个沉积有氧化钒层的碳纳米管膜层叠设置于所述碳纳米管层的表面。3.如权利要求2所述的致动器的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管膜厚度小于30纳米，且每个碳纳米管膜表面的氧化钒层厚度大于30纳米，从而使得相邻碳纳米管膜之间的距离大于30纳米。4.如权利要求2所述的致动器的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管膜至少在一个方向的尺寸大于其表面的氧化钒层在该方向的尺寸，从而使得所述氧化钒层转变为二氧化钒层后所述碳纳米管膜部分延伸到所述二氧化钒层外部。5.如权利要求4所述的致动器的制备方法，其特征在于，进一步包括使所述碳纳米管膜延伸到所述二氧化钒层外的部分与所述碳纳米管层接触并电连接。6.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：马赫，魏洋，刘锴，姜开利，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11