能够提供低温测试环境的驱动测试系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种能够提供低温测试环境的驱动测试系统。所述驱动测试系统包括：测试环境单元，包括用于容置低温介质的第一腔室和用于容置人工肌肉纤维的第二腔室，所述第二腔室的部分设置在所述第一腔室内且与所述低温介质导热配合，所述第一腔室和低温介质能够提供对人工肌肉纤维进行驱动测试所需的低温测试环境，信号施加单元，用于向所述人工肌肉纤维施加电信号；测试单元，用于对所述人工肌肉纤维施加负载应力以及监测所述人工肌肉纤维的长度变化、人工肌肉纤维所处测试环境的温度。本实用新型专利技术实施例提供的一种驱动测试系统，可以通过加入液氮来降低容置待测人工肌肉纤维的腔室的温度，从而为人工肌肉纤维提供低温工作环境。温工作环境。温工作环境。

【技术实现步骤摘要】
能够提供低温测试环境的驱动测试系统


[0001]本技术涉及一种人工肌肉纤维，特别涉及一种能够提供低温测试环境的驱动测试系统，属于材料科学


技术介绍

[0002]人工肌肉纤维是最近新发展的一类新型智能驱动材料，当受到外界刺激时，它会产生可逆的伸缩、转动、弯曲等形式的运动，在日常生活、医疗、军事等方面都有重要的应用前景。人工肌肉以驱动方式的不同可分为电热驱动、溶剂/气体的吸附与脱附驱动以及电化学驱动等。其中电热驱动因其形式简便、容易实现，受环境影响小等优势，在应用方面具有更大的优势。对于工作温度范围在室温之上的电热驱动人工肌肉的报道屡见不鲜，目前也广泛地应用在软体机器人、假肢、外骨骼等领域。但在低温环境下工作的仿生肌肉纤维却未见报道，随着对可穿戴设备的研究开发，以及生物医学领域的快速发展，对于低温驱动器的需求也逐日提升。而经典的热响应型人工肌肉纤维往往因为材料耐寒性能差，在零度温度以下出现断裂、性能下降或失效等问题而不能满足某些特定应用场景的需求，因此，在低温环境下工作的电热人工肌肉纤维亟待研究开发。
[0003]目前，电热驱动的人工肌肉纤维的驱动测试方法主要是将测试样品以及测试装置都置于室温环境下，通过对碳纳米管通电加热从而使人工肌肉纤维升温进而发生体积膨胀。但这样的热刺激形式导致纤维的温度只能从室温开始升高，也就是说我们研究的驱动现象始终都发生在室温之上。严格来讲热驱动为温差驱动，电热驱动即属于温差驱动这一类，即材料的温度发生变化，引起的温差就会导致材料产生热胀冷缩的现象，温差驱动利用了“热胀”，即温度升高体积膨胀，但这样的现象发生在低温环境下也同样会导致材料因温差而产生体积膨胀。
[0004]为了研究人工肌肉纤维在低温环境下的电热驱动，需要设计制备可以为纤维提供低温工作环境的驱动测试系统。目前可实现在低温环境下对人工肌肉纤维进行驱动测试的方法为热机械分析法(Thermomachanical Analysis，简称TMA)；热机械分析法为使样品处于一定的温度程序(升/降/恒温及其组合)控制下，对样品施加一定的机械力，测量样品在一定方向上的尺寸或形变量随温度或时间的变化过程，利用热机械分析仪的拉伸模式，可以测量材料的线膨胀与收缩，即可用于人工肌肉纤维的驱动测试；TMA方法通过设置对人工肌肉纤维施加一恒定的静态力，通过改变纤维所处的环境温度，即设置温度程序(升/降/恒温及其组合)，来测试材料由于温度改变而产生的收缩或膨胀。
[0005]经研究发现，现有的电热驱动人工肌肉纤维均是在室温环境下工作的，工作温度均高于室温，甚至高达几百度，并未有低温环境下工作的人工肌肉纤维报道。在特殊应用场景下，由于温度较低，人工肌肉纤维会发生断裂、变硬/变脆、性能下降等现象，无法满足使用需求。并且，传统的电热驱动装置是在室温环境下进行测试的，缺点是无法改变纤维的环境温度，不能实现其在低温环境下的驱动测试。TMA测试方法虽然可以提供低温环境，但缺点是无法实现在低温环境下瞬时升高纤维的温度，即所测试的样品的温度改变只能通过炉
体温度的改变来实现，而TMA的温度程序无法达到瞬时的升降温；此外，TMA测试方法也无法实现对驱动行为进行连续的测试，测试过程繁琐，耗时长。

技术实现思路

[0006]本技术的主要目的在于提供一种能够提供低温测试环境的驱动测试系统，以克服现有技术中的不足。
[0007]为实现前述技术目的，本技术采用的技术方案包括：
[0008]本技术实施例一方面还提供了一种能够提供低温测试环境的驱动测试系统，包括：
[0009]测试环境单元，包括至少用于容置低温介质的第一腔室和至少用于容置人工肌肉纤维的第二腔室，至少所述第二腔室的部分设置在所述第一腔室内且与所述低温介质导热配合，所述第一腔室和低温介质能够提供对人工肌肉纤维进行驱动测试所需的低温测试环境，所述第一腔室和和第二腔室设置在第三腔室内，且所述第一腔室和第二腔室被设置在所述第三腔室内的保温结构完全覆盖或包裹；
[0010]信号施加单元，其至少用于向所述人工肌肉纤维施加电信号；
[0011]测试单元，其至少用于对所述人工肌肉纤维施加负载应力以及监测所述人工肌肉纤维的长度变化、人工肌肉纤维所处测试环境的温度。
[0012]与现有技术相比，本技术的优点包括：
[0013]1)本技术实施例提供的一种能够提供低温测试环境的驱动测试系统，可以通过加入液氮来降低容置待测人工肌肉纤维的腔室的温度，从而为人工肌肉纤维提供低温工作环境；
[0014]2)本技术实施例提供的一种能够提供低温测试环境的驱动测试系统，可以实时同步展示驱动与温度的变化，可实现驱动与温度的实时输出；
[0015]3)本技术实施例提供的一种能够提供低温测试环境的驱动测试系统，组装简易，可以通过改变注入液体种类、体积和温度来改变人工肌肉纤维所处环境的温度，可以进行在不同环境温度下的电热驱动研究。
附图说明
[0016]图1是本技术一典型实施案例中提供的一种能够提供低温测试环境的驱动测试系统的结构示意图；
[0017]图2是本技术实施例1中用于容置待测人工肌肉纤维的第二腔室内的环境温度随时间变化的曲线图；
[0018]图3是本技术实施例2中用于容置待测人工肌肉纤维的第二腔室内的环境温度随时间变化的曲线图；
[0019]图4a是本技术实施例3中用于容置待测人工肌肉纤维的第二腔室内的环境温度随时间变化的曲线图；
[0020]图4b是本技术实施例3中待测人工肌肉纤维的驱动量、施加的电压随时间变化的曲线图；
[0021]图5a是本技术实施例4中用于容置待测人工肌肉纤维的第二腔室内的环境温
度随时间变化的曲线图；
[0022]图5b是本技术实施例4中待测人工肌肉纤维的驱动量、施加的电压随时间变化的曲线图。
具体实施方式
[0023]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0024]本技术实施例提供了一种可在零度以下的低温环境进行电热响应的人工肌肉纤维以及可改变纤维所处环境温度的电热驱动测试系统，该电热驱动测试系统可实时展示驱动及温度的变化，实现在低温环境下进行电热驱动测试，并且可以瞬时改变纤维的温度，同时还可以进行快速连续的测试，测试简便快速。
[0025]为了解决材料的耐寒性能差的问题，本技术采用玻璃化转变温度在零度以下的非晶聚合物材料来制备人工肌肉纤维，由于其玻璃化转变温度低，材料在低温下仍然可以保持柔性，从而可以实现人工肌肉纤维在低温环境下工作。
[0026]为了满足在特定应用场景下的需求，本技术实施例提供了一种制备低温电热响应人工肌肉纤维的方法，本技术实施例采用具有较低玻璃化转变温度 (
‑
60℃)的非晶聚合物材料
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能够提供低温测试环境的驱动测试系统，其特征在于包括：测试环境单元，包括至少用于容置低温介质的第一腔室和至少用于容置人工肌肉纤维的第二腔室，至少所述第二腔室的部分设置在所述第一腔室内且与所述低温介质导热配合，所述第一腔室和低温介质能够提供对人工肌肉纤维进行驱动测试所需的低温测试环境，所述第一腔室和和第二腔室设置在第三腔室内，且所述第一腔室和第二腔室被设置在所述第三腔室内的保温结构完全覆盖或包裹；信号施加单元，其至少用于向所述人工肌肉纤维施加电信号；测试单元，其至少用于对所述人工肌肉纤维施加负载应力以及监测所述人工肌肉纤维的长度变化、人工肌肉纤维所处测试环境的温度。2.根据权利要求1所述的驱动测试系统，其特征在于：所述测试环境单元包括第一容器和第二容器，所述第二容器设置在所述第一容器内，其中，所述第一容器内均具有所述的第一腔室，所述第二容器内具有所述的第二腔室，所述第一容器上设置有与所述第一腔室连通的注液口。3.根据权利要求2所述的驱动测试系统，其特征在于：所述第一容器套设在所述第二容器外部，所述第二容器的两端均设置有可供人工肌肉纤维进出的开口。4.根据权利要求2所述的驱动测试系统，其特征在于：所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：邸江涛，魏旭粼，李清文，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：新型
国别省市：