一种双层光热驱动器件的制作方法技术

一种双层光热驱动器件的制作方法，属于智能材料制备技术领域，可解决现有技术中光热驱动器件制备方法中存在的制备方式复杂繁琐，效率低下的问题，本发明专利技术利用温敏聚合物凝胶、纳米复合材料与硅橡胶弹性体制备出双层光热驱动器件，可在太阳光照、激光照射和热溶液环境下发生定向弯曲。下发生定向弯曲。下发生定向弯曲。

【技术实现步骤摘要】
一种双层光热驱动器件的制作方法


[0001]本专利技术属于智能材料制备
，具体涉及一种双层光热驱动器件的制作方法。

技术介绍

[0002]柔韧性高、杨氏模量低、生物相容性好的机械弹性智能器件，例如远程光控器件、智能驱动器等，能够通过可控且可逆的智能变形来绕开复杂障碍，行走于蜿蜒路线。智能器件可在医学上应用于超微创手术领域、军事上应用于智能探测领域，具有开发创新智能产品的巨大潜力，是新一代柔性智能驱动器件的研究热点。光热驱动器是现代智能驱动器件研究的重要分支，可在光、热刺激下产生形变，适用于复杂多变的应用环境，一直处于智能驱动器件研究的前沿。但是，目前光热驱动器件在器件制备上涉及了大量的化学合成过程，制备方式复杂繁琐，效率低下，极大地限制了光热驱动器件的制备及应用。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中光热驱动器件制备方法中存在的制备方式复杂繁琐，效率低下的问题，本专利技术提出一种制备简单高效的光热驱动器件制作方法。本专利技术利用温敏聚合物凝胶、纳米复合材料与硅橡胶弹性体制备出双层光热驱动器件，可在太阳光照、激光照射和热溶液环境下发生定向弯曲。
[0004]本专利技术采用如下技术方案：一种双层光热驱动器件的制作方法，包括如下步骤：步骤一，按比例称取氧化石墨烯（GO）粉末加入超纯水中，得到浓度为5mg/ml的GO溶液，然后，将GO溶液置于探针超声分散机中，设置超声功率和时间，使GO充分分散；步骤二，称取N
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异丙基丙烯酰胺（NIPAM）粉末加入到步骤一所得GO溶液中，使用磁力搅拌器均匀搅拌至粉末完全溶解，然后依次加入N ,N
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亚甲基双丙烯酰胺、四甲基乙二胺、过硫酸铵，搅拌至溶解，得到混合溶液；步骤三，将步骤二所得混合溶液置入模具中定型，隔绝空气，室温固化，得到复合水凝胶，作为双层驱动器件的上层；步骤四，将聚二甲基硅氧烷（PDMS）按照主剂、固化剂为10：1的比例混合，磁力搅拌器均匀搅拌，然后用行星搅拌仪进行脱气处理；步骤五，将步骤四得到的PDMS涂覆于双层驱动器件的上层表面，置于烘箱加热至PDMS固化，形成双层驱动器件的下层，得到双层光热驱动器件。
[0005]进一步地，步骤一中，所述探针超声分散机功率为100
‑
600W，超声时间为10
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120min。
[0006]进一步地，步骤二中，所述NIPAM的量为0.2
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1.0g、N，N
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亚甲基双丙烯酰胺的量为0.001
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0.010 g、四甲基乙二胺的量为0.002
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0.100 ml、过硫酸铵的量为0.001
‑
0.010 g。
[0007]进一步地，步骤三中，所述固化时间为12
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24h。
[0008]进一步地，步骤四中，所述PDMS均匀搅拌10
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50min，行星搅拌仪去泡5
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20min。
[0009]进一步地，步骤五中，所述烘箱温度为50
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100℃，固化时间为2
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8h，固化期间凝胶需要持续供水，每隔20min，加入10mL超纯水，润湿凝胶层，保持其含水量，防止凝胶因为高温脱水而产生较大的体积收缩。
[0010]本专利技术的有益效果如下：本专利技术提出了一种简单高效制作光热驱动器件的方法，能有效改善现有技术中光热驱动器件制备方式复杂繁琐，效率低下的问题。本专利技术将具有光热效应的GO纳米填料复合于水凝胶交联的网络结构中，提高了水凝胶在宽光波长范围内的光热吸收和转换效率；使用PDMS薄层作为无源层，与水凝胶层构成热膨胀系数不匹配的双层器件。当双层器件受光或热影响时，器件的上下层膨胀量不同，导致器件变形。因而可通过局部光热驱动器件变形或移动。经证明，本专利技术在太阳光照、激光照射和热溶液环境下能发生定向弯曲。本专利技术器件光热响应性好、稳定性高、便于控制、生物相容性好，在远程光控器件、智能致动器等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实施例1中，氧化石墨烯浓度为5mg/ml、厚度为1mm的复合水凝胶的紫外
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可见分子吸收光谱图。
[0012]图2（a）、（b）分别为本专利技术实施例1中，双层光热驱动器件用PI胶带固定在遮光板上的初始状态和用10mm光斑激光持续照射后，器件的弯曲状态。
[0013]图3（a）、（b）分别为本专利技术实施例1中，双层光热驱动器件被夹具夹持的初始状态和用3
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4mm光斑激光持续集中照射器件中心点后，器件的弯曲状态。
[0014]图4（a）、（b）分别为本专利技术实施例1中，将双层光热驱动器件置于热溶液环境中的初始状态和持续处于热溶液环境中的弯曲状态。
具体实施方式
[0015]下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0016]实施例1本实施例提出了一种双层光热驱动器件的制作方法如下：步骤一：称取0.2gGO粉末并加入40ml超纯水，所得GO溶液浓度为5mg/ml，然后将液体置于探针超声分散机中，设置超声功率为400W，时间为60min，使GO充分分散；步骤二：称取0.4gNIPAM粉末加入到步骤一所得3mLGO溶液中，使用磁力搅拌器均匀搅拌10min至粉末完全溶解，然后依次加入0.004gN ,N
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亚甲基双丙烯酰胺、0.008ml四甲基乙二胺、0.004g过硫酸铵，搅拌至溶解；步骤三：将步骤二所得溶液置入模具中定型，隔绝空气，室温固化12h，得到复合水凝胶，此为双层驱动器件的上层；步骤四：将PDMS按照主剂、固化剂为10：1的比例混合，磁力搅拌器均匀搅拌30min，然后用行星搅拌仪进行脱气处理5min；
步骤五：将PDMS涂覆于双层驱动器件的上层表面，置于80℃烘箱中固化4h至PDMS固化，形成双层驱动器件的下层，得到本专利技术所述的双层光热驱动器件。另外，固化期间凝胶需要持续供水，每隔20min，加入少许超纯水，润湿凝胶层，保持其含水量，防止凝胶因为高温脱水而产生较大的体积收缩。
[0017]为了验证本专利技术器件的紫外
‑
可见光范围内的吸收性能，我们对氧化石墨烯浓度为5mg/ml、厚度为1mm的复合水凝胶测试了紫外
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可见分子吸收光谱，具体结果如图1。由图中数据可知，本专利技术器件在380nm
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1800nm波段范围内最大透过率不足3.5%，证明水凝胶复合GO纳米材料后，此波段范围内透过率低，可使用宽光带激光器作激光光源。
[0018]本专利技术驱动性实施方法1：室温下，利用激光功率为500mw的宽光带激光器作激光光源。光源距离双层光热驱动器件4cm，激光光斑大小为10mm。将双层光热驱动器件用PI胶带固定在遮光板上，初始状态如图2（a）所示；用激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层光热驱动器件的制作方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，按比例称取氧化石墨烯粉末加入超纯水中，得到浓度为5mg/ml的GO溶液，然后，将GO溶液置于探针超声分散机中，设置超声功率和时间，使GO充分分散；步骤二，称取N
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异丙基丙烯酰胺粉末加入到步骤一所得GO溶液中，使用磁力搅拌器均匀搅拌至粉末完全溶解，然后依次加入N ,N
‑
亚甲基双丙烯酰胺、四甲基乙二胺、过硫酸铵，搅拌至溶解，得到混合溶液；步骤三，将步骤二所得混合溶液置入模具中定型，隔绝空气，室温固化，得到复合水凝胶，作为双层驱动器件的上层；步骤四，将聚二甲基硅氧烷按照主剂、固化剂为10：1的比例混合，磁力搅拌器均匀搅拌，然后用行星搅拌仪进行脱气处理；步骤五，将步骤四得到的PDMS涂覆于双层驱动器件的上层表面，置于烘箱加热至PDMS固化，形成双层驱动器件的下层，得到双层光热驱动器件。2.根据权利要求1所述的一种双层光热驱动器件的制作方法，其特征在于：步骤一中，所述探针超声分散机功率为100
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600W，超声时间为10
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120min。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：李顺，王梅，马一飞，陈旭远，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：