一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构及制作方法技术

本发明专利技术提供了一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构，其特征在于，包括N个单体结构，所有单体结构无穿插、无镂空排列形成成片连接的完整的片状结构，或者所有单体结构穿插连接。本发明专利技术的另一个技术方案是提供了一种上述的可改变表面红外线反射率的柔性气动结构的制作方法。本发明专利技术创造出一种可以改变自我形态的柔性结构，通过形变，同时改变材料的热传导和热辐射性能，提高了材料调温性能的有效性，这种变形能力，赋予其新的“生命”，可用于作为调温隔热材料或建筑节能环保材料。从此不再是一个单一的个体，而是拥有了“柔性逻辑”，变成了一个灵活多变的“系统”，具有了环境的“自适应”能力。

A flexible aerodynamic structure with changeable infrared reflectance and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构及制作方法
本专利技术涉及一种通过改变其红外线吸收(反射)比率来达到热调节功能的负泊松比结构及该结构的制作工艺，该负泊松比结构可作为调温隔热材料或建筑节能环保材料。
技术介绍
在自然界中，许多物种都有变色的能力以实现自己的目标，例如保护自己，防晒或吸引昆虫。例如变色龙，有一种非凡的能力，能在雄性动物的竞争或求爱等社会交往中表现出复杂而迅速的颜色变化。以往研究人员认为这种行为主要是为了求偶或防御天敌，近期的研究发现，变色龙还通过皮肤的这一特性来反射阳光，提高自身热防护性能。(一)调温隔热材料热物理范畴中，热能的传递分为三种方式：热传导、热对流和热辐射。凡可以减弱任意传热方式的调温材料均可提高材料的隔热性能。在已有的调温隔热材料中，主要分为两种类型，第一种是利用其它形式的能量，如电能、自能、化学能等，主动改变材料的温度或隔热性能。如碳纤维加热材料，是通过电能转化为热能，从而达到调温的功效。再比如相变材料，通过材料的相变实现吸热或者放热。另一种是被动调温材料，比如形状记忆材料，当温度达到一定数值时，形状记忆材料改变形状，静止空气量增加，达到隔热效果。目前已有的调温材料或隔热材料，主要通过改变一种热能传递方式来达到隔热功效。很少有材料可以同时改变两种以上热能传递方式来改变其保暖性能。(二)负泊松比结构——罗恩·雷施(RonResch)三角形泊松比(Poisson’sratio)的概念由法国著名数学家西莫恩·德尼·泊松(Simeon-DenisPoisson)首次提出，用于描述在材料发生横向变形的同时伴随产生的纵向变形现象，大多数传统材料具有正泊松比。目前，经典弹性理论证明了各向同性材料的泊松比取值范围在-1.0～0.5之间。当泊松比为负值时，材料会表现出不同于传统材料的反常特性，同时这种特性可表现在平面二维结构或立体三维结构中。例如二维平面的负泊松比结构，其横向受拉伸载荷时，会沿纵向发生膨胀。当物体Z轴方向收到外力挤压时，常规材料的X，Y轴方向发生外扩形变，而负泊松比结构(又称超材料或拉涨结构)的X和Y轴方向则发生反向内缩形变。负泊松比结构在抗剪承载力、抗断裂性、能量吸收和压陷阻力等方面比传统材料更有优势，因而此类材料在医疗设备、传感器、防护设备、航空航海及国防工程等领域有广泛的应用前景。(三)软体机器人(流体压差驱动)科学家所定义的软体机器人(SoftRobotics)是由与自然界生物体的杨氏模量相当的材料构成的具有自主行为的人造系统。国际机器人协会对软体机器人的定义是：(1)由某种特殊的柔软弹性材料制成的机械装置；(2)或由多个刚性部件构成，但能展现出类似软体机器人变形特性的机电装置。软体机器人的驱动方式主要取决于所使用的智能材料；一般有介电弹性体(DE)、离子聚合物金属复合材料(IPMC)、形状记忆合金(SMA)、形状记忆聚合物(SMP)等等，从响应的物理量暂时分为如下几类：电场、压力、磁场、化学反应、光、温度等。其中基于压力的流体压差驱动方式，是目前控制软体机器人的主要方法之一。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以改变自我形态的柔性结构及其制作方法，以实现热调节功能。为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供了一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构，其特征在于，包括N个单体结构，所有单体结构无穿插、无镂空排列形成成片连接的完整的片状结构，每个单体结构至少包括由高弹性模量材料制成的顶面结构及由低弹性模量材料制成的底面结构，单体顶面结构为无法展开为平面的三维立体负泊松比结构，该三维立体负泊松比结构具有红外线反射区域及红外线吸收区域，通过预先设计，所有单体结构的顶面结构在浇筑时连接形成完整的顶面片状结构，所有单体结构的底面结构连接形成完整的底面片状结构，顶面片状结构与底面片状结构之间形成有空腔，空腔与流体输入接头相连通；经由流体输入接头向空腔内注入流体，使得片状结构由闭合状态变化至打开状态；当片状结构处于闭合状态时，所有单体结构的顶面结构处于闭合状态，仅红外线反射区域露于外，红外线吸收区域翻折于内部；当片状结构处于打开状态时，所有单体结构的顶面结构处于打开状态，红外线反射区域露于外，且红外线吸收区域展开露于外。优选地，所述红外线吸收区域的面积占所述顶面结构整体面积的40％。优选地，所述顶面结构的壁厚为0.5-3mm。优选地，所述底面结构的厚度为0.5-3mm。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构，其特征在于，包括N个单体结构，所有单体结构穿插连接，且M个单体为一组连接为一个整体结构，M≤N，每组单体之间形成镂空孔洞，每个单体结构至少包括由高弹性模量材料制成的顶面结构、由低弹性模量材料制成的底面结构以及位于顶面结构与底面结构之前的中间层，顶面结构为无法展开为平面的三维立体负泊松比结构，该三维立体负泊松比结构具有红外线反射区域及红外线吸收区域，中间层由与顶面结构及底面结构不相融的材料制成，顶面结构与底面结构之间形成有腔体，每组单体的中间层连接成为一个封闭的环状结构，使得每组单体的所有腔体相连通，且环状结构具有与相邻单体组的环形结构相连接的连接通道，底面结构与顶面结构在连接通道处形成间隙，相邻两个单体组的腔体通过间隙相连通，任意一个腔体与流体输入接头相连通；经由流体输入接头向空腔内注入流体，使得顶面结构由闭合状态变化至打开状态；当顶面结构处于闭合状态时，仅红外线反射区域露于外，红外线吸收区域翻折于内部；当顶面结构处于打开状态时，红外线反射区域露于外，且红外线吸收区域展开露于外。优选地，所述红外线吸收区域的面积占所述顶面结构整体面积的40％。优选地，所述顶面结构的壁厚为0.5-3mm。优选地，所述底面结构的厚度为0.5-3mm。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种上述的可改变表面红外线反射率的柔性气动结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、准备用于制作顶面结构的上模及下模，下模具有与上述的第一种或第二种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构的顶面结构相适应的凹槽，上模为薄片状结构，用于分隔顶层各单体气壁结构；步骤2、若制作上述的第二种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构，则通过电子数控激光切割机切割加工中间层，否则进入步骤3；步骤3、使用下模浇筑顶面结构，将用于制作顶面结构的材料浇筑入下模的凹槽内，浇筑时控制浇筑量，不要超过下模表面；步骤4、材料浇筑后放置上模，将上模与下模中心对齐后，使得上模嵌入下模的凹槽内，从而在上模与下模之间成型顶面结构；步骤5、浇筑成型底面结构；步骤6、若有中间层，则在底面结构完全凝固之前，先放置中间层，然后再放置顶面结构，通过硅胶浇水，使顶面结构和底面结构的边界粘合；若无中间层，则在底面结构完全凝固之后，直接放置顶面结构，通过硅胶浇水使顶面结构和底面结构的边界粘合；步骤7、将顶面结构与底面结构之间的腔体与流体输入接头相连通。优选地，步骤4中，材料浇筑后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构，其特征在于，包括N个单体结构，所有单体结构无穿插、无镂空排列形成成片连接的完整的片状结构，每个单体结构至少包括由高弹性模量材料制成的顶面结构及由低弹性模量材料制成的底面结构，单体顶面结构为无法展开为平面的三维立体负泊松比结构，该三维立体负泊松比结构具有红外线反射区域及红外线吸收区域，通过预先设计，所有单体结构的顶面结构在浇筑时连接形成完整的顶面片状结构，所有单体结构的底面结构连接形成完整的底面片状结构，顶面片状结构与底面片状结构之间形成有空腔，空腔与流体输入接头相连通；经由流体输入接头向空腔内注入流体，使得片状结构由闭合状态变化至打开状态；当片状结构处于闭合状态时，所有单体结构的顶面结构处于闭合状态，仅红外线反射区域露于外，红外线吸收区域翻折于内部；当片状结构处于打开状态时，所有单体结构的顶面结构处于打开状态，红外线反射区域露于外，且红外线吸收区域展开露于外。/n

【技术特征摘要】
1.一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构，其特征在于，包括N个单体结构，所有单体结构无穿插、无镂空排列形成成片连接的完整的片状结构，每个单体结构至少包括由高弹性模量材料制成的顶面结构及由低弹性模量材料制成的底面结构，单体顶面结构为无法展开为平面的三维立体负泊松比结构，该三维立体负泊松比结构具有红外线反射区域及红外线吸收区域，通过预先设计，所有单体结构的顶面结构在浇筑时连接形成完整的顶面片状结构，所有单体结构的底面结构连接形成完整的底面片状结构，顶面片状结构与底面片状结构之间形成有空腔，空腔与流体输入接头相连通；经由流体输入接头向空腔内注入流体，使得片状结构由闭合状态变化至打开状态；当片状结构处于闭合状态时，所有单体结构的顶面结构处于闭合状态，仅红外线反射区域露于外，红外线吸收区域翻折于内部；当片状结构处于打开状态时，所有单体结构的顶面结构处于打开状态，红外线反射区域露于外，且红外线吸收区域展开露于外。


2.如权利要求1所述的一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构，其特征在于，所述红外线吸收区域的面积占所述顶面结构整体面积的40％。


3.如权利要求1所述的一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构，其特征在于，所述顶面结构的壁厚为0.5-3mm。


4.如权利要求1所述的一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构，其特征在于，所述底面结构的厚度为0.5-3mm。


5.一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构，其特征在于，包括N个单体结构，所有单体结构穿插连接，且M个单体为一组连接为一个整体结构，M≤N，每组单体之间形成镂空孔洞，每个单体结构至少包括由高弹性模量材料制成的顶面结构、由低弹性模量材料制成的底面结构以及位于顶面结构与底面结构之前的中间层，顶面结构为无法展开为平面的三维立体负泊松比结构，该三维立体负泊松比结构具有红外线反射区域及红外线吸收区域，中间层由与顶面结构及底面结构不相融的材料制成，顶面结构与底面结构之间形成有腔体，每组单体的中间层连接成为一个封闭的环状结构，使得每组单体的所有腔体相连通，且环状结构具有与相邻单体组的环状结构相连接的连接通道，底面结构与顶面结构在连接通道处形成间隙，相邻两个单体...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔彦，刘晓刚，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31