一种柔性薄膜材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种柔性薄膜材料及其制备方法与应用；在所述柔性薄膜材料的表面设有多排互不交叉的线状子结构，任意相邻的所述线状子结构的间距为0.1～10mm，且相邻两排线状子结构的间距依次呈递减设置；每一所述线状子结构均由多个形状基本一致且等距设置的微凸起结构组成；所述柔性薄膜材料的制备方法包括将制备柔性薄膜的原料灌注到表面具有坑状结构的模板中以形成所述柔性薄膜材料。本发明专利技术所述的柔性薄膜材料在受到外界刺激下，发生定向的弯曲动作；所述柔性薄膜材料可以应用到机器人及其制造中，对于远程可操控柔性机器人的研究有着重要的意义，尤其是对于研究柔性机器人的整体结构弯曲运动、手指的灵活性，都有一定的意义。

A flexible film material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种柔性薄膜材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及材料
，具体涉及一种柔性薄膜材料及其制备方法与应用。
技术介绍
机器人的研究主要通过机械设计，然而通过远程操控来实现机器人运动是本领域人员急需解决的技术难题。现有技术中通常采用电源或者是简单的机械设计等方法对机器人进行远程操控，但是该方法存在不能远程操控和柔度不够的缺陷，导致实际作业过程中比较困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供了一种(刺激响应变形的)柔性薄膜材料，所述柔性薄膜材料的表面具有多排线状子结构，在受到外界刺激影响时发生定向的弯曲运动；当外界刺激影响消失后，柔性薄膜材料可以恢复原状。将这种柔性薄膜材料应用到机器人中，可以实现有效地、精确地远程操控机器人运动。具体而言，在所述柔性薄膜材料的表面设有多排互不交叉的线状子结构，任意相邻的所述线状子结构的间距为0.1～10mm，且相邻两排线状子结构的间距依次呈递减设置；每一所述线状子结构均由多个形状基本一致且等距设置的微凸起结构组成。原则上，本申请每一所述线状子结构均由多个形状相同且等距设置的微凸起结构组成；但是在实际操作过程中，微凸起结构的形状很难完全一致，这对本领域技术人员来说是显而易见的。本专利技术为了确保柔性薄膜材料的定向弯曲运动，在所述柔性薄膜材料的表面制备密度梯度递减设置的多排线状子结构，组成微结构阵列；这种微结构阵列在柔性薄膜材料表面形成各向异性的分布。进一步的，所述线状子结构相互平行且铺满所述柔性薄膜材料的表面，相邻两排线状子结构的间距差值为10～2000μm。进一步的，所述微凸起结构的底部直径为10～2000μm，高度为10～2000μm；相邻所述微凸起的间距为10～2000μm。进一步的，所述柔性薄膜材料的厚度为0.1～10mm。本专利技术同时提供所述柔性薄膜材料的制备方法，包括：将制备柔性薄膜的原料灌注到表面具有坑状结构的模板中以形成所述柔性薄膜材料。所述模板为高密度聚乙烯模板，所述高密度聚乙烯模板的表面在金属针作用下形成坑状结构。为了去除柔性材料和固化剂混合后产生的泡沫，所述制备方法在灌注前进行抽真空处理。进一步的，所述制备柔性薄膜的原料包括柔性材料与固化剂；优选所述柔性材料与固化剂的质量比为0.5:1～20:1；或所述制备柔性薄膜的原料中进一步加入了铁纳米颗粒；优选所述铁纳米颗粒占所述制备柔性薄膜的原料的0.1％。进一步的，所述柔性材料为柔性高分子材料或金属材料；优选为硅橡胶。进一步的，所述柔性材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。进一步的，本专利技术所述的制备方法还包括固化的步骤，所述固化的温度为40～100℃，时间为0.5～20h。具体的，将柔性材料和固化剂按特定比例混合后，抽真空去除内部泡沫在具有坑状结构的高密度聚乙烯模板上进行灌注，控制薄膜的厚度为0.1～10mm，在40-100℃的干燥箱中固化0.5-20小时，降温后将柔性薄膜材料从模板表面揭下。本专利技术同时提供上述任一所述的柔性薄膜材料和上述任一所述的制备方法在机器人及其制造中的应用；优选在软体机器人上的应用。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术提供的柔性薄膜材料(灌注前掺杂铁纳米颗粒)，通过磁场等作用可以控制柔性薄膜材料发生拉伸和膨胀效应，在这个过程中，由于其表面微结构阵列的密度梯度分布，柔性薄膜材料可以发生定向的弯曲。(2)本专利技术提供的柔性薄膜材料(灌注前没有掺杂铁纳米颗粒)，通过远红外加热、底部加热等作用可以控制柔性薄膜材料发生拉伸和膨胀效应，在这个过程中，由于其表面微结构阵列的密度梯度分布，柔性薄膜材料可以发生定向的弯曲。(3)本专利技术所述的柔性薄膜材料的表面具有密度梯度的微结构，在刺激响应下结构可以发生定向的弯曲，当响应消失后，弯曲的结构可以恢复到之前的状态，对于研究软体机器有着重要的意义；同时，柔性薄膜材料的制备方法简便易行、成本低。附图说明图1为实施例1所制得的柔性薄膜材料表面微结构阵列的设计示意图。图2为实施例1所制得的柔性薄膜材料表面微结构阵列的排布密度梯度和受拉伸过程中的变化的示意图。图3为实施例1所制得的柔性薄膜材料受拉伸作用之后，材料弯曲的示意图。图4为实施例1所制得的柔性薄膜材料受水平磁场作用下，材料发生竖直方向上翘曲的示意图。图5为实施例2所制得的柔性薄膜材料的底部加热引起材料的定向翘曲的示意图。图6为实施例2所制得的柔性薄膜材料在远红外加热下，引起材料的定向翘曲的示意图。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例中所涉及的固化剂为道康宁184固化剂。实施例1本实施例提供一种柔性薄膜材料，所述柔性薄膜材料的制备方法如下：(1)将PDMS和固化剂以15:1的质量比混合，之后掺杂0.1％质量比的铁纳米颗粒，抽真空去除内部泡沫，得混合物；(2)将步骤(1)所得的混合物浇筑在具有坑状结构的高密度聚乙烯模板表面，厚度1mm。(3)将灌注有混合物的高密度聚乙烯模板在90℃干燥箱中干燥1小时；(4)降温后将固化的柔性薄膜材料揭开，脱离模板，即得柔性薄膜材料。图1～3为所述柔性薄膜材料表面的多排线状子结构的分布图。实施例2本实施例提供一种柔性薄膜材料，所述柔性薄膜材料的制备方法如下：(1)将PDMS和固化剂以12:1的质量比混合，抽真空去除内部泡沫，得混合物；(2)将步骤(1)所得的混合物浇筑在具有坑状结构的高密度聚乙烯模板表面，厚度1mm。(3)将灌注有混合物的高密度聚乙烯模板在80℃干燥箱中干燥2小时；(4)降温后将固化的柔性薄膜材料揭开，脱离模板，即得柔性薄膜材料。实施例3本实施例提供一种柔性薄膜材料，所述柔性薄膜材料的制备方法如下：(1)将PDMS和固化剂以12:1的质量比混合，抽真空去除内部泡沫，得混合物；(2)将步骤(1)所得的混合物浇筑在具有坑状结构的高密度聚乙烯模板表面，厚度1mm；(3)将灌注有混合物的高密度聚乙烯模板在70℃干燥箱中干燥3小时；(4)降温后将固化的柔性薄膜材料揭开，脱离模板，即得柔性薄膜材料。实验例1本实验例验证了实施例1所得的柔性薄膜材料在外界刺激下可以弯曲，具体为：在柔性薄膜材料的水平方向上施加磁场作用力，磁场强度0.2T，引起柔性薄膜材料在水平方向上的拉伸、在竖直方向上的翘曲。如图4所示，所述柔性薄膜材料在磁场作用下发生水平方向上的拉伸，由于其表面具有多排线状子结构，导致柔性薄膜材料发生各向异性的偏移，随着多排线状子结构密度的变化，偏移在叠加，最终导致柔性薄膜材料构在竖直方向上发生比较大的弯曲。实验例2本实验例验证了实施例2所得的柔性薄膜材料在外界刺激下可以弯曲，具体为：对柔性薄膜材料的底部加热处理，如图5所示，所述柔性薄膜材料在加热处理下发生了定向弯曲。实验例3本实验例验证了实施例2所得的柔性薄膜材料在外界刺激下可以弯曲，具体为：将柔性薄膜材料放在远红外加热环境中，如图6所示，所述柔性薄膜材料在远红外加热环境中下发生了定向弯曲。可见，本专利技术提供的柔性薄膜材料，在温度、力、磁场等外界作用下，可以发生定向的弯曲。本专利技术提供的柔性薄膜材料，对于提高柔性机器人的灵敏性和远程可操控性有着重要的意义。虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本专利技术作了详尽的描述，但在本专利技术基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性薄膜材料，其特征在于，在所述柔性薄膜材料的表面设有多排互不交叉的线状子结构，任意相邻的所述线状子结构的间距为0.1～10mm，且相邻两排线状子结构的间距依次呈递减设置；每一所述线状子结构均由多个形状基本一致且等距设置的微凸起结构组成。

【技术特征摘要】
1.一种柔性薄膜材料，其特征在于，在所述柔性薄膜材料的表面设有多排互不交叉的线状子结构，任意相邻的所述线状子结构的间距为0.1～10mm，且相邻两排线状子结构的间距依次呈递减设置；每一所述线状子结构均由多个形状基本一致且等距设置的微凸起结构组成。2.根据权利要求1所述的柔性薄膜材料，其特征在于，所述线状子结构相互平行且铺满所述柔性薄膜材料的表面，相邻两排线状子结构的间距差值为10～2000μm。3.根据权利要求1所述的柔性薄膜材料，其特征在于，所述微凸起结构的底部直径为10～2000μm，高度为10～2000μm；相邻所述微凸起的间距为10～2000μm。4.根据权利要求1～3任一项所述的柔性薄膜材料，其特征在于，所述柔性薄膜材料的厚度为0.1～10mm。5.权利要求1～4任一项所述的柔性薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括：将制备柔性薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，李培柳，刘静，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11