具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法及应用，首先使用珠光颜料与纳米纤维混合制备得到柔性纳米纤维复合薄膜，再将复合薄膜浸入一定浓度的多糖溶液中，作用预设时间后经固化制备得到能进行同步多响应的驱动薄膜。通过结合调控复合薄膜浸入多糖溶液的时间以及多糖溶液的浓度，从而使驱动薄膜具备良好的驱动性能和弯曲响应可控的特性。同时将珠光变色材料与驱动软材料相结合，在提高驱动薄膜的观赏性能的同时，还能根据驱动薄膜色彩的变化估算相应环境的湿度以及判断驱动薄膜的弯曲变化程度，这种由湿度触发的驱动薄膜在加密信息存储、智能家居和仿生领域具有非常广阔的应用前景。领域具有非常广阔的应用前景。领域具有非常广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及柔性湿度传感器材料
，尤其涉及一种具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]在自然界的长期激烈竞争中，简单的低级生物无法适应复杂多变的生存环境，逐渐被淘汰或被迫进化。为了避免天敌的捕食或更好地繁殖下一代，动物都有许多智能反应，可以同步改变它们的外观或运动状态，以感知外部环境的变化。受此启发，柔性驱动器创造性地将功能材料与软材料相结合，将环境中的电、光、热、磁和其他不同刺激转化为宏观变形，主要集中在凝胶、薄膜和纤维形态。特别地，薄膜基柔性驱动器通常利用各向异性的结构设计或者分布不均匀的刺激源引起的不对称膨胀来产生驱动效果。然而，大多数柔性驱动薄膜依赖不可再生的驱动能源、复杂的制备工艺和昂贵的原材料，并且只能在特定刺激源下触发单一动态响应，不能适应不断变化的实际环境。
[0003]现有技术中，公开号为CN 109320742 A的专利公开了一种纳米纤维基仿生驱动薄膜及其制备方法与应用，该纳米纤维基仿生驱动薄膜由PVA
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co
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PE纳米纤维、氧化石墨烯及银纳米线组成，具体的制备过程为将氧化石墨烯水溶液和银纳米线醇溶液依次分别加入到PVA
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co
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PE纳米纤维悬浮液中，充分搅拌混合均匀得混合液，再将混合液喷涂PET基材上并置于烘箱中干燥，烘干后去除PET基材即制备得到纳米纤维基仿生驱动薄膜。上述方案制备得到的纳米纤维基仿生驱动薄膜在环境湿度刺激下可以产生快速、可逆的弯曲变形行为，然而，在一定湿度条件下，所述纳米纤维基仿生驱动薄膜的弯曲响应过于迅速，如在60％的相对湿度环境中，0.85s即可弯曲120
°
，以至于无法在该湿度下进行弯曲角度的有效调控，以满足相关应用领域的弯曲角度控制需求。
[0004]有鉴于此，有必要设计一种具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法及应用，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种在湿度刺激下，可以同步发生弯曲和颜色变化，具备良好的驱动性能和弯曲响应可控特性，以满足相关领域中关于在湿度刺激下驱动薄膜弯曲角度可控的使用需求，同时还能根据驱动薄膜色彩的变化估算相应环境的湿度以及判断驱动薄膜的弯曲变化程度的具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法及应用。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1、将预定量的珠光颜料加入预定浓度的纳米纤维悬浮液中，混合均匀，经过处理得到柔性纳米纤维复合薄膜；
[0008]S2、配制预定浓度的多糖溶液，静置脱泡；初步消泡后，将步骤S1制备的所述柔性纳米纤维复合薄膜浸入所述多糖溶液中，浸泡12h～48h至气泡完全消除，得到复合薄膜；
[0009]S3、将步骤S2中得到的所述复合薄膜进行高温固化，即可得到具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，所述多糖为海藻酸钠、壳聚糖和透明质酸中的任意一种。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述多糖溶液的浓度为2wt％～8wt％；优选的，所述多糖溶液的浓度为4wt％。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，所述驱动薄膜的厚度为65μm～120μm；优选的，所述驱动薄膜的厚度为80μm。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，步骤S3中，所述高温固化温度为40℃～100℃；优选的，所述高温固化温度为80℃。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述珠光颜料颜色为红色、青色和绿色中的任意一种，在30
°
、90
°
和150
°
的观察角度下，颜色变化分别为黄色
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红色
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黄色、紫色
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青色
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紫色、红色
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绿色
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红色。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述纳米纤维为PVA
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co
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PE纳米纤维、PVA纳米纤维、纤维素纳米纤维和聚氨酯纳米纤维中的任意一种，所述纳米纤维的直径为100nm～500nm；优选的，所述纳米纤维的直径为200nm。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述纳米纤维悬浮液的浓度为1
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3wt％。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，所述处理方法为高压喷涂法、真空抽滤法和溶液沉积法中的一种。
[0018]为了更好的实现本专利技术的技术目的，本专利技术还提供了一种具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜在智能家居和仿生领域中的应用，所述具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜根据上述技术方案中任一技术方案制备得到。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020]1.本专利技术使用含有亲水基团的天然多糖作为湿度敏感层，与纳米纤维通过分子间氢键结合形成稳定的薄膜结构，当环境湿度发生变化时，天然多糖与外界的水分子存在可逆的吸附解吸行为，使复合薄膜产生大范围的弯曲变形，一方面，利用纳米纤维与天然多糖折射率相近能减少光散射和反射引起的损耗的特点，使制备得到的驱动薄膜具备良好的透明度，另一方面，通过结合调控柔性纳米纤维复合薄膜浸入多糖溶液的作用时间以及多糖溶液的浓度，从而使驱动薄膜具备良好的驱动性能和弯曲响应可控的特性，以满足相关领域中关于在湿度刺激下驱动薄膜弯曲角度可控的使用需求。
[0021]2.本专利技术将珠光变色材料与驱动软材料相结合，同时利用天然多糖对纳米纤维膜进行处理，使驱动薄膜具备良好透明度以便于颜色显示，在赋予驱动薄膜随角度改变实现颜色的多尺度切换的可视化色彩，以提高驱动薄膜的观赏性能的同时，还能根据驱动薄膜色彩的变化估算相应环境的湿度以及判断驱动薄膜的弯曲变化程度，这种由湿度触发的驱动薄膜在加密信息存储、智能家居和仿生领域具有非常广阔的应用前景。
[0022]3.本专利技术所用的原材料价格便宜，制备工艺简单，不涉及复杂的的化学反应，且无有害中间产物产生，同时，驱动刺激源为环境湿度，不会环境造成污染，符合绿色环保的需求。另外，驱动薄膜在实现可逆的大尺度弯曲变形的同时，也能同步产生周期性的颜色切换，能适应复杂多变的实际环境。
附图说明
[0023]图1为实施例1制备的驱动薄膜在不同湿度下的颜色观测结果示意图。
[0024]图2为应用实施例1中的驱动薄膜在高湿度的持续刺激下的自主翻转示意图。
[0025]图3为应用实施例2中的驱动薄膜在湿度刺激下的同步弯曲、变色示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。
[0027]在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、将预定量的珠光颜料加入预定浓度的纳米纤维悬浮液中，混合均匀，经过处理得到柔性纳米纤维复合薄膜；S2、配制预定浓度的多糖溶液，静置脱泡；初步消泡后，将步骤S1制备的所述柔性纳米纤维复合薄膜浸入所述多糖溶液中，浸泡12h～48h至气泡完全消除，得到复合薄膜；S3、将步骤S2中得到的所述复合薄膜进行高温固化，即可得到具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜。2.根据权利要求1所述的具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述多糖为海藻酸钠、壳聚糖和透明质酸中的任意一种。3.根据权利要求2所述的具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法，其特征在于：所述多糖溶液的浓度为2wt％～8wt％；优选的，所述多糖溶液的浓度为4wt％。4.根据权利要求1所述的具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述驱动薄膜的厚度为65μm～120μm；优选的，所述驱动薄膜的厚度为80μm。5.根据权利要求1所述的具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述高温固化温度为40℃～100℃；优选的，所述高温固化温度为80℃。6.根据权利要求1所述的具有颜色和弯曲响应可控的驱动薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述珠光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文，王栋，向晨雪，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：