一种具有自清洁功能的感知执行作动器材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种具有自清洁功能的感知执行作动器材料及其制备方法和应用，属于材料技术领域。该材料由下往上依次由自清洁功能层、仿生作动层、感知层和绝缘保护层层叠形成，该材料动作灵敏度和感知灵敏度高，并具有自清洁功能，可以实现按确定的控制规律远程作动、作动程度实时反馈以及具备自清洁功能一体化的新型作动器的制备，且其制备方法简单，易操作，适合扩大化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种具有自清洁功能的感知执行作动器材料及其制备方法和应用
本专利技术属于材料
，具体涉及一种具有自清洁功能的感知执行作动器材料及其制备方法和应用。
技术介绍
作动器是实施主动控制的关键部件，是主动控制系统的重要环节。作动器的作用是按照确定的控制规律对控制对象施加控制力。但传统的作动器易损坏、需要外加作动力，并且无法感知和反馈控制情况，使得其无法满足在医疗操作、灾害救援、工业抓取等高精度复杂环境下的操作任务。一种动磁式电磁作动器作动的主动悬置(专利号：CN110425241A)，提及了一种磁控作动器，但其并不具备感知反馈调节的功能；一种仿生感知执行一体化柔性作动器及其制备方法(专利号：CN109866480A)，采用了仿蝎子的生物结构解决了作动器自感知的问题，但其作动器采用的是离子聚合物-金属复合物(IPMC)，而离子聚合物-金属复合物在制备过程中经常由于工艺差异，导致其表面容抗和电动性能很难保持一致性，在制成作动器后需要比较复杂的控制系统及反馈来调节性能。此外，作动器在上述复杂环境下长时间工作后，其作动表面往往会沾染灰尘和油污，使其作动做功时出现摩擦力不可控、表面畸形甚至损坏的问题。因此，急需一种不但具备感知执行功能，还具有自清洁功能的作动器材料。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种具有自清洁功能的感知执行作动器材料的制备方法；目的之二在于提供一种具有自清洁功能的感知执行作动器材料；目的之三在于提供该材料在制备感知执行作动器中的应用；目的之四在于提供以该材料制备感知执行作动器的方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：1、一种具有自清洁功能的感知执行作动器材料的制备方法，所述材料由下往上依次由自清洁功能层1、仿生作动层2、感知层3和绝缘保护层4层叠形成，所述方法如下：1)制备半凝固中间态仿生作动层：向高分子预聚物中加入硬磁材料，混匀后除泡，然后加入交联剂，再次混匀后除泡，接着进行预加热处理，期间进行搅拌，制得半凝固中间态仿生作动层；2)制备感知层：将银纳米线溶液加入聚酰亚胺中，退火处理后形成导电网络，将所述导电网络置于步骤1)中半凝固中间态仿生作动层表面，并在所述导电网络两侧连接导线5，制得感知层3；3)制备绝缘保护层和仿生作动层：向高分子预聚物中加入交联剂，混匀后除泡，然后涂覆于步骤2)中感知层上，加热处理至所述高分子预聚物和步骤1)中半凝固中间态仿生作动层固化，制得绝缘保护层4和仿生作动层2；4)制备自清洁功能层：向高分子预聚物中加入金属氯化物和交联剂，混匀后除泡，然后喷涂到步骤3)中仿生作动层表面，固化处理后冲洗，制得自清洁功能层1。优选的，步骤1)中，所述高分子预聚物、硬磁材料和交联剂的质量比为10-20:5-20:1-2。优选的，步骤2)中，所述感知层中银纳米线的面密度为1-5×10-4g/mm2。优选的，所述银纳米线的长径比为0.625-7.5×103。优选的，步骤3)中，所述高分子预聚物和交联剂的质量比为10-20:1-2。优选的，步骤4)中，所述高分子预聚物、金属氯化物和交联剂的质量比为10-20:10-40:1-2。优选的，步骤1)中，所述预加热处理具体为在60-65℃下加热30-60min；步骤2)中，所述退火处理具体为在200-220℃下加热20-30min；步骤3)中，所述加热处理具体为在70-80℃下加热1.5-2h；步骤4)中，所述固化处理具体为在70-80℃下加热1.5-2h。优选的，所述混匀后除泡具体为：先以50-100r/min的速度机械搅拌10-20min，再超声震荡10-30min，接着抽真空15-20min。优选的，所述高分子预聚物为聚二甲基硅氧烷、对苯二甲酸丁二酯或聚氨酯中的一种；所述硬磁材料为稀土永磁材料、铁铬钴系永磁合金或永磁铁氧体中的一种；所述交联剂为含氢硅油、γ―氨丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1，5-萘二异氰酸酯、六甲基二异氰酸酯、二甲基联苯二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯中的一种；所述金属氯化物为氯化钠、氯化钾或氯化铝中的一种。优选的，所述硬磁材料的粒径为25-100μm。优选的，所述金属氯化物的粒径为10-20μm。优选的，步骤1)中，所述期间进行搅拌具体为：间隔5-10min以20-50r/min的速度机械搅拌2-3min。优选的，步骤2)中，所述导线5为铜箔。2、由所述的方法制备的具有自清洁功能的感知执行作动器材料。3、所述的具有自清洁功能的感知执行作动器材料在制备感知执行作动器中的应用。4、利用所述的具有自清洁功能的感知执行作动器材料制备感知执行作动器的方法，所述方法如下：将所述材料充磁后根据实际所需，切割成特定形状，即可。优选的，所述充磁具体为：在磁场强度为1-3T的均匀磁场中充磁10-30s。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种具有自清洁功能的感知执行作动器材料及其制备方法和应用，该材料由下往上依次由自清洁功能层、仿生作动层、感知层和绝缘保护层层叠形成，其中，通过合理设定仿生作动层中硬磁材料的含量、感知层中银纳米线的面密度，有效提高了该材料的动作灵敏度和感知灵敏度，使仿生作动层在外部调控磁场变化时，可以显著地改变其刚度并产生柔性形变，并能线性跟踪外部调控磁场的大小而改变其形变程度，同时感知层伴随作动层形变拉伸，通过预先植入的导线测量电阻变化，根据电阻值和拉伸力的线性关系得到形变程度的反馈信息。另外，绝缘保护层全程紧贴感知层并随之形变，使感知层与外部绝缘以保护电信号变化不受干扰，同时减缓外部冲撞并抵抗复杂环境下的侵蚀。自清洁功能层是通过对接触表面的粗糙凸起微结构加工形成的，从而赋予了整个材料自清洁功能，该层与仿生作动层结合后，对于油污、灰尘等污渍的附着，具有高效清洁的作用，不仅能够使作动层和感知层避免因受污渍侵蚀而老化导致性能和精度下降的缺陷，而且自清洁功能层还能够保证材料的摩擦性能和作动效果长期稳定不变。该材料可以实现按确定的控制规律远程作动、作动程度实时反馈以及具备自清洁功能一体化的新型作动器的制备，且其制备方法简单，易操作，适合扩大化生产。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为本专利技术中具有自清洁功能的感知执行作动器材料结构示意图；图2为本专利技术中具有自清洁功能的感知执行作动器材料的实物图；图3为实施例1中制备的作动器中自清洁功能层接触角测试结果图；图4为实施例1中制备的作动器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自清洁功能的感知执行作动器材料的制备方法，其特征在于，所述材料由下往上依次由自清洁功能层(1)、仿生作动层(2)、感知层(3)和绝缘保护层(4)层叠形成，所述方法如下：/n1)制备半凝固中间态仿生作动层：向高分子预聚物中加入硬磁材料，混匀后除泡，然后加入交联剂，再次混匀后除泡，接着进行预加热处理，期间进行搅拌，制得半凝固中间态仿生作动层；/n2)制备感知层：将银纳米线溶液加入聚酰亚胺中，退火处理后形成导电网络，将所述导电网络置于步骤1)中半凝固中间态仿生作动层表面，并在所述导电网络两侧连接导线(5)，制得感知层(3)；/n3)制备绝缘保护层和仿生作动层：向高分子预聚物中加入交联剂，混匀后除泡，然后涂覆于步骤2)中感知层上，加热处理至所述高分子预聚物和步骤1)中半凝固中间态仿生作动层固化，制得绝缘保护层(4)和仿生作动层(2)；/n4)制备自清洁功能层：向高分子预聚物中加入金属氯化物和交联剂，混匀后除泡，然后喷涂到步骤3)中仿生作动层表面，固化处理后冲洗，制得自清洁功能层(1)。/n

【技术特征摘要】
20200616 CN 20201054984851.一种具有自清洁功能的感知执行作动器材料的制备方法，其特征在于，所述材料由下往上依次由自清洁功能层(1)、仿生作动层(2)、感知层(3)和绝缘保护层(4)层叠形成，所述方法如下：
1)制备半凝固中间态仿生作动层：向高分子预聚物中加入硬磁材料，混匀后除泡，然后加入交联剂，再次混匀后除泡，接着进行预加热处理，期间进行搅拌，制得半凝固中间态仿生作动层；
2)制备感知层：将银纳米线溶液加入聚酰亚胺中，退火处理后形成导电网络，将所述导电网络置于步骤1)中半凝固中间态仿生作动层表面，并在所述导电网络两侧连接导线(5)，制得感知层(3)；
3)制备绝缘保护层和仿生作动层：向高分子预聚物中加入交联剂，混匀后除泡，然后涂覆于步骤2)中感知层上，加热处理至所述高分子预聚物和步骤1)中半凝固中间态仿生作动层固化，制得绝缘保护层(4)和仿生作动层(2)；
4)制备自清洁功能层：向高分子预聚物中加入金属氯化物和交联剂，混匀后除泡，然后喷涂到步骤3)中仿生作动层表面，固化处理后冲洗，制得自清洁功能层(1)。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中，所述高分子预聚物、硬磁材料和交联剂的质量比为10-20:5-20:1-2。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述感知层中银纳米线的面密度为1-5×10-4g/mm2。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述高分子预聚物和交联剂的质量比为10-20...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨平安，黄宇轩，李锐，李林林，唐贤伦，陈婕，王晓杰，王浩，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50