基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，在伸展组件中，包括控温半导体层、形状记忆合金层和形状记忆聚合物层，控温半导体层位于形状记忆合金层和形状记忆聚合物层之间。控温半导体层，包括制冷半导体晶粒、柔性隔热材料、铜片和柔性导热材料，制冷半导体晶粒成对存在，相邻的制冷半导体晶粒之间设有柔性隔热材料，位于制冷半导体晶粒两端的铜片分别通过柔性导热材料与形状记忆合金层和形状记忆聚合物层的贴合面连接。本发明专利技术通过改变制冷半导体晶粒的电流方向分别控制形状记忆合金层或者形状记忆聚合物层的温度，实现伸展组件的重复可控形变，易于实现自锁定与自展开功能，具有展开冲击小和刚度大的优点。具有展开冲击小和刚度大的优点。具有展开冲击小和刚度大的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置及其使用方法


[0001]本专利技术涉及航天
，特别涉及一种基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]随着航天事业的发展，空间折展机构逐步趋向于轻量化、大型化和智能化。通过将太阳能板、天线等部件设计为可折展装置能够极大程度上减小包络体积、提高空间利用率。航天领域传统的折展机构依赖于机械结构驱动，机械结构驱动关节铰链的驱动方式主要有：弹簧铰链、电机、电机弹簧混合和高弹性材料等，具有占据空间大、质量大和展开冲击大等缺点。
[0003]具有形状记忆功能的铰链结构在一定程度上解决了机械结构驱动的缺陷。形状记忆合金(SMA)具有低温下加载并卸载后出现残余应变，高温(>Af)下可消除残余应变、恢复固有形状的特性。热塑性形状记忆聚合物(SMP)在相变温度t
g
以下为高强度的玻璃态，在相变温度t
g
以上时转为高弹性的橡胶态。使用形状记忆合金以及形状记忆聚合物制成的自驱动铰链结构已在航天领域得到了运用。如专利一种形状记忆铰链展开结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，其包括伸展组件和夹具，所述伸展组件为平板型，所述伸展组件的两侧对称设有夹具，其特征在于，所述伸展组件，其包括控温半导体层和形状记忆材料层，所述形状记忆材料层，其包括形状记忆合金层和形状记忆聚合物层，所述控温半导体层位于所述形状记忆合金层和所述形状记忆聚合物层之间，所述控温半导体层实现伸展组件中热流的主动控制，使所述形状记忆合金和所述形状记忆聚合物交替实现形状记忆效应；所述控温半导体层，其包括制冷半导体晶粒、柔性隔热材料、铜片和柔性导热材料，所述制冷半导体晶粒成对存在，相邻的所述制冷半导体晶粒之间设有所述柔性隔热材料，位于所述制冷半导体晶粒两端的铜片分别通过柔性导热材料与所述形状记忆合金层和所述形状记忆聚合物层的贴合面连接；所述制冷半导体晶粒沿伸展组件的弯曲方向以间距为1.3mm～6.2mm分布，所述制冷半导体晶粒在垂直于伸展组件的弯曲方向以间距为1mm～4mm分布，从而保证所述制冷半导体晶粒的填充率以及制冷制热功率；所述伸展组件的弯曲中性面位于所述控温半导体层的内部，在所述伸展组件中形状记忆合金层的应变表达式为：其中，ρ(t)为伸展组件的弯曲中性面的弯曲半径，a为形状记忆合金层的厚度，b1为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆合金层贴合面的距离；所述伸展组件中形状记忆聚合物层的应变表达式为：其中，ρ(t)为伸展组件的弯曲中性面的弯曲半径，ρ为伸展组件制造时的弯曲半径，c为形状记忆聚合物层厚度，b1为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆合金层贴合面的距离，b2为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆聚合物层贴合面的距离；所述伸展组件中控温半导体层的应变表达式为：其中，ρ(t)为伸展组件的弯曲中性面的弯曲半径，ρ为伸展组件制造时的弯曲半径，b1为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆合金层贴合面的距离，b2为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆聚合物层贴合面的距离。2.根据权利要求1所述的基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，其特征在于，当伸展组件处于收拢状态时，所述形状记忆合金层具有最大应变，具体表达式如下：其中，a为形状记忆合金层的厚度，b1为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆合金层贴合面的距离，ρ1为伸展组件在展开状态下弯曲半径；当伸展组件处于展开状态时，所述控温半导体层具有最大应变，具体表达式如下：
其中，b2为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆聚合物层贴合面的距离，ρ1为伸展组件在展开状态下弯曲半径，ρ为伸展组件制造时的弯曲半径；当伸展组件处于展开状态时，所述形状记忆聚合物层具有最大应变，具体表达式如下：其中，b2为伸展组件的弯曲中性面到形状记忆聚合物层贴合面的距离，c为形状记忆聚合物层厚度，ρ1为伸展组件在展开状态下弯曲半径，ρ为伸展组件制造时的弯曲半径。3.根据权利要求1所述的基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，其特征在于，所述伸展组件在展开状态时的弯曲半径ρ1为6mm～30mm。4.根据权利要求1所述的基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，其特征在于，所述制冷半导体晶粒的长度为所述控温半导体层厚度的0.7～0.9倍，所述制冷半导体晶粒的横截面为边长1mm～3mm的矩形。5.根据权利要求1所述的基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，其特征在于，与所述控温半导体层连接的控温系统为场效应管组成H桥的驱动芯片。6.根据权利要求1或者3所述的基于半导体温控的双程形状记忆铰链装置，其特征在于，所述伸展组件的总厚度d为3
‑
15mm。7.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭保苏，丁世琛，张永，吴凤和，温银堂，张玉燕，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：