光致纳米机械手制造技术

本申请涉及一种光致纳米机械手。所述光致纳米机械手包括第一线状基体、第一二氧化钒层和夹持结构。所述第一线状基体呈螺旋状延伸并形成第一纳米螺旋管。所述第一线状基体的全部表面设置有所述第一二氧化钒层。所述夹持结构与所述第一纳米螺旋管的一端固定连接。光照下所述第二纳米螺旋管会发生围绕轴线自行收缩旋转的运动。因此所述第二纳米螺旋管可以具有手腕的旋拧功能。所述光致纳米机械手可以根据热源不同的方向和不同的强度产生不同的旋转和收缩效果，进而可以带动所述夹持结构进行不同的操做，方便灵活。

【技术实现步骤摘要】
光致纳米机械手
本申请涉及纳米领域，特别是涉及一种光致纳米机械手。
技术介绍
智能材料是指具有感知、响应并具有功能发现能力的新材料。智能材料及其相关器件在人工肌肉、智能皮肤、机器人和隐身等民用和军事等相关领域都有着重要应用。利用智能材料构建的机械手是能够响应外部激励并将其模拟人手运动的器件，是仿生机器人的关键部件。按照激励方式不同，驱动器可分为热致、电致、磁致、光致、湿度响应和溶剂响应，等等。相比于其它机制，光致驱动具有多方面的优势。第一，可实现远程无线操控；第二，可利用太阳光来激励；第三，可实现对不同波长的响应。因此，光致驱动成为近年来人们重点的研究方向。未来智能社会对于仿生智能机械的巨大需求为光致驱动机械的研发提供了广阔的空间和前所未有的机遇。目前，传统的光致驱动机械手的研发主要集中在宏观尺度,尺寸在微米甚至纳米尺度的光致驱动机械手还极少，且现有方案存在运动模式输出单一，灵活度差的问题，难以满足未来社会对纳米机械的需要。
技术实现思路
基于此，有必要针对目前缺少运动模式多样的纳米尺度的光致纳米机械手的问题，提供一种光致纳米尺度机械手。一种光致纳米尺度机械手，包括：第一线状基体，呈螺旋状延伸并形成第一纳米螺旋管；第一二氧化钒层，所述第一线状基体的表面设置有所述第一二氧化钒层；夹持结构，所述夹持结构与所述第一纳米螺旋管的一端固定连接。在一个实施例中，所述夹持结构包括：固定部，所述第一纳米螺旋管的一端与所述固定部固定连接；第二线状基体，呈螺旋状延伸并形成第二纳米螺旋管，所述第二纳米螺旋管的一端与所述固定部固定连接；夹持部，所述夹持部的一端与所述固定部固定连接；所述第二纳米螺旋管、所述第一纳米螺旋管和所述夹持部通过所述夹持部构成Y形结构，所述第二纳米螺旋管靠近所述夹持部的所述第二线状基体的表面设置有第二二氧化钒层。在一个实施例中，设置有所述第二二氧化钒层的所述第二线状基体的表面设置有多个第一凹坑。在一个实施例中，所述夹持部为第三线状基体，所述第三线状基体呈螺旋状延伸并形成第三纳米螺旋管，所述第三纳米螺旋管的一端与所述固定部连接，所述第三纳米螺旋管靠近所述第二纳米螺旋管的所述第三线状基体的表面设置有第三二氧化钒层。在一个实施例中，设置有所述第三二氧化钒层的所述第三线状基体的表面设置有多个第二凹坑。在一个实施例中，还包括第一激光发射器，用以照射所述第一纳米螺旋管。在一个实施例中，还包括第二激光发射器，用以照射所述第二纳米螺旋管。在一个实施例中，所述第一二氧化钒层的厚度、所述第二二氧化钒层的厚度和所述第三二氧化钒层的厚度为50nm-150nm。在一个实施例中，所述第一线状基体、所述第二线状基体和所述第三线状基体由碳纳米纤维制成。在一个实施例中，所述第二纳米螺旋管和所述第三纳米螺旋管相对弯曲形成夹持空间。本申请提供的所述光致纳米机械手，所述夹持结构可以用以夹取纳米级材料。由于所述第二二氧化钒层在所述第二纳米螺旋管的外表面设置，并且由于所述第二纳米螺旋管的螺旋结构，所述第二纳米螺旋管会发生围绕轴线自行收缩旋转的运动。因此所述第二纳米螺旋管可以具有手腕的旋拧功能。所述光致纳米机械手可以根据热源不同的方向和不同的强度产生不同的旋转和收缩效果，进而可以带动所述夹持结构进行不同的操做，方便灵活。附图说明图1为本申请实施例提供的光致纳米机械手示意图；图2为本申请实施例提供的光致纳米机械手局部示意图；图3为本申请另一个实施例提供的光致纳米机械手示意图；图4为本申请另一个实施例提供的光致纳米机械手局部示意图；图5为本申请实施例提供的功率密度与归一化位移示意图。附图标记说明：光致纳米机械手10第一线状基体110第一纳米螺旋管120第一二氧化钒层130第一凹坑131第二凹坑132夹持结构140固定部141第二线状基体150第二二氧化钒层151第二纳米螺旋管160夹持部170第三线状基体180第三二氧化钒层181第三纳米螺旋管190基座200第一激光发射器310第二激光发射器320具体实施方式请参见图1，本申请实施例提供一种光致纳米机械手20。所述光致纳米机械手20包括第一线状基体110、第一二氧化钒层130和夹持结构140。所述第一线状基体110呈螺旋状延伸并形成第一纳米螺旋管120。所述第一线状基体110的全部表面设置有所述第一二氧化钒层130。所述夹持结构140与所述第一纳米螺旋管120的一端固定连接。所述第一纳米螺旋管120的另一端可以固定于所述基座200。所述第一纳米螺旋管120的尺寸为纳米级别。所述第一纳米螺旋管120具有容易压缩、拉伸特性的特性。所述第一纳米螺旋管120还具有光-热转换特性。所述第一纳米螺旋管120还容易弯曲。所述第一纳米螺旋管120还可以为螺旋型二氧化硅纳米线、螺旋型氧化锌纳米线等。所述第一二氧化钒层130具有极高的功密度的特性，且具有能量转换效率高，相变速度极快的优点，可以作为为微纳驱动材料。在热驱动下，二氧化钒在68℃附近经历金属-绝缘体的一级相变，并伴随着电子结构和晶格结构的变化相变时，VO2晶格沿cR轴收缩，产生约1％的应变，同时沿aR和bR轴分别膨胀0.6％和0.1％。VO2沿cR轴输出的功密度可达7J/cm3，这一数值比聚合物体系驱动器高1个数量级以上，比人类肌肉能够输出的功密度高3个数量级以上。即使将多晶二氧化钒薄膜作为驱动材料，功密度也可达到0.63J/cm3，仍然十分可观。且二氧化钒材料还具有很大的相对致动位移。当所述第一二氧化钒层130受到光照时，由于所述第一二氧化钒层130具有晶格结构变化的特性，所述第一二氧化钒层130发生相变后会快速发生形变。由于所述第一纳米螺旋管120具有良好的机械特性和韧性，因此所述第一二氧化钒层130在不同位置发生的形变不同会带动所述第一纳米螺旋管120产生不同的运动模式，且耗能小。因此所述第一纳米螺旋管120具有响应速度快，相对致动位移大的特点。在一个实施例中，可以利用磁控溅射技术制备在所述第一纳米螺旋管120的表面均匀沉积所述第一二氧化钒层130。制作所述光致驱动器10时，可以将所述第一纳米螺旋管120放入镀膜机内，通过设计旋转样品台使其能够沿圆周方向匀速旋转，可以使所述第一二氧化钒层130均匀形成于所述第一纳米螺旋管120的外表面。当所述第一二氧化钒层130受到光照后，相变收缩。由于所述第一二氧化钒层130在所述第一纳米螺旋管120的表面设置，并且由于所述第一纳米螺旋管120的螺旋结构，所述第一纳米螺旋管120会发生围绕轴线自行收缩旋转的运动。可以理解，所述述第一纳米螺旋管120会发生围绕轴线旋转的运动可以使得所述第一纳米螺旋管120被压缩，螺距变小。因此所述光致驱动器10可以具有在所述第一纳米螺旋管120的轴线方向快速收缩的功能。本申请提供的所述光致纳米机械手10，所述夹持结构140可以用以夹取纳米级材料。由于所述第二二氧化钒层151在所述第二纳米螺旋管160的外表面设置，并且由于所述第二纳米螺旋管160的螺旋结构，所述第二纳米螺旋管160会发生围绕轴线自行收缩旋转的运动。因此所述第二纳米螺旋管160可以具有手腕的旋拧功能。所述光致纳米机械手20可以根据热源不同的方向和不同的强度产生不同的旋转和收缩效果，进而可以带动所述夹持结构140进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光致纳米机械手，其特征在于，包括：第一线状基体(110)，呈螺旋状延伸并形成第一纳米螺旋管(120)；第一二氧化钒层(130)，所述第一线状基体(110)的表面设置有所述第一二氧化钒层(130)；夹持结构(140)，所述夹持结构(140)与所述第一纳米螺旋管(120)的一端固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种光致纳米机械手，其特征在于，包括：第一线状基体(110)，呈螺旋状延伸并形成第一纳米螺旋管(120)；第一二氧化钒层(130)，所述第一线状基体(110)的表面设置有所述第一二氧化钒层(130)；夹持结构(140)，所述夹持结构(140)与所述第一纳米螺旋管(120)的一端固定连接。2.如权利要求1所述的光致纳米机械手，其特征在于，所述夹持结构(140)包括：固定部(141)，所述第一纳米螺旋管(120)的一端与所述固定部(141)固定连接；第二线状基体(150)，呈螺旋状延伸并形成第二纳米螺旋管(160)，所述第二纳米螺旋管(160)的一端与所述固定部(141)固定连接；夹持部(170)，所述夹持部(170)的一端与所述固定部(141)固定连接；所述第二纳米螺旋管(160)、所述第一纳米螺旋管(120)和所述夹持部(170)通过所述夹持部(170)构成Y形结构，所述第二纳米螺旋管(160)靠近所述夹持部(170)的所述第二线状基体(150)的表面设置有第二二氧化钒层(151)。3.如权利要求2所述的光致纳米机械手，其特征在于，设置有所述第二二氧化钒层(151)的所述第二线状基体(150)的表面设置有多个第一凹坑(131)。4.如权利要求2所述的光致纳米机械手，其特征在于，所述夹持部(170)为...

【专利技术属性】
技术研发人员：马赫，张新平，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11