一种基于微流道的柔性薄膜及其变刚度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于微流道的柔性薄膜及其变刚度方法，属于智能材料与智能结构技术领域；其包括：第一气囊和沿第一气囊周向贴合设置的第二气囊，第一气囊和第二气囊均为波纹管状结构；盖体包括位于第一气囊内的支撑柱以及设置在支撑柱两端的端盖，支撑柱的中心处具有中空腔体；第一气囊与支撑柱之间形成第一腔室，第二气囊内具有微流道；气嘴的一端与第一腔室连通，气嘴的另一端延伸至第二气囊外侧。本发明专利技术通过在第一腔室内充入气体，在微流道内充入填充物，解决了柔性元件刚度差，抗挤压能力弱的问题，可实现一定厚度下柔性薄膜整体或局部区域弹性性能的主动可控，以满足对柔性薄膜进行变刚度的工况。膜进行变刚度的工况。膜进行变刚度的工况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微流道的柔性薄膜及其变刚度方法


[0001]本专利技术涉及智能材料与智能结构
，具体涉及一种基于微流道的柔性薄膜及其变刚度方法。

技术介绍

[0002]柔性薄膜是一种能够适应复杂形状变化的新型材料。它由柔性基底材料和柔性功能材料构成，具有重量轻、柔软性强、透明等特点。柔性薄膜的应用领域非常广泛，尤其在电子、医疗、能源等领域有着广泛的应用。在电子领域，柔性薄膜可以制作柔性显示屏、触摸屏、柔性传感器等；在医疗领域，柔性薄膜可以制作生物芯片、药物输送系统等；在能源领域，柔性薄膜可以制作柔性太阳能电池、柔性电池等。
[0003]但是，现有技术中柔性薄膜材料过于柔软，经常导致其刚度差，抗挤压能力弱，造成部件损坏。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于微流道的柔性薄膜及其变刚度方法，解决柔性元件刚度差，抗挤压能力弱的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种基于微流道的柔性薄膜，包括：
[0007]第一气囊和沿所述第一气囊周向贴合设置的第二气囊，所述第一气囊和所述第二气囊均为波纹管状结构；
[0008]盖体，所述盖体包括位于所述第一气囊内的支撑柱以及设置在所述支撑柱两端的端盖，所述支撑柱的中心处具有中空腔体；所述第一气囊和所述第二气囊均与所述端盖连接；
[0009]所述第一气囊与所述支撑柱之间形成第一腔室，所述第二气囊内具有微流道；所述微流道上设置有开口，用于充入填充物；
[0010]气嘴，所述气嘴的一端与所述第一腔室连通，所述气嘴的另一端延伸至所述第二气囊外侧，用于向所述第一腔室内充入气体。
[0011]进一步地，所述微流道为螺旋形结构、管径拼接结构、局部网状结构或均布网状结构中的一种。
[0012]进一步地，所述微流道的内部填充气体、液体、低熔点合金、微细颗粒或记忆合金中的一种或几种。
[0013]进一步地，所述第二气囊外接有加热元件。
[0014]进一步地，所述第二气囊与骨架结构组合使用，以实现分层级变刚度的效果。
[0015]进一步地，根据所述第二气囊上需要进行变刚度的方向和位置对所述微流道的管径和排布方式进行设置。
[0016]一种如上所述的一种基于微流道的柔性薄膜的变刚度方法，具体步骤如下：
[0017]S1，向第一腔室内充入气体，使第一气囊内压力达到材料本身所承受的压力极限；
[0018]S2，向微流道内充入填充物，以提升第一气囊的气压承载能力。
[0019]进一步地，步骤S2结束后，通过如下步骤改变柔性元件的刚度：
[0020]S1，开启加热元件，使微流道内的固态填充物转变为液态；
[0021]S2，向第一腔室内充气，使其为低压或常压。
[0022]本专利技术具有如下有益效果：
[0023]本专利技术通过在第一腔室内充入气体，在微流道内充入填充物，解决了柔性元件刚度差，抗挤压能力弱的问题，可实现一定厚度下柔性薄膜整体或局部区域弹性性能的主动可控，以满足对柔性薄膜进行变刚度的工况。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的内部结构示意图；
[0025]图2为本专利技术的外部结构示意图；
[0026]图3为本专利技术的柔性薄膜示意图；
[0027]图4为本专利技术的螺旋形流道放大图；
[0028]图5为本专利技术的不同管径的流道放大图；
[0029]图6为本专利技术的局部变刚度流道放大图；
[0030]图7为本专利技术的均布网状流道放大图。
[0031]其中：1、盖体；2、第二气囊；3、微流道；4、第一腔室；5、第一气囊；6、气嘴。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0033]实施例1
[0034]参照图1
‑
7，在本实施例中，一种基于微流道的柔性薄膜，包括：
[0035]第一气囊5和沿第一气囊5周向贴合设置的第二气囊2，第一气囊5和第二气囊2均为波纹管状结构；
[0036]盖体1，盖体1包括位于第一气囊5内的支撑柱以及设置在支撑柱两端的端盖，支撑柱的中心处具有中空腔体；第一气囊5和第二气囊2均与端盖连接；
[0037]第一气囊5与支撑柱之间形成第一腔室4，第二气囊2内具有微流道3；微流道3上设置有开口，用于充入填充物。
[0038]具体地，第二气囊2为柔性零件，可通过软体材料增材制造技术或软体材料浇注技术浇注而成，采用低熔点相变合金的相态变化实现囊壁刚度的变化。
[0039]当第二气囊2的囊壁刚度较低时，其弹性性能较好，在低刚度下的变形能力较好；当第二气囊2的囊壁刚度较高时，其弹性性能较低，在高刚度下的承载性能较好。
[0040]气嘴6，气嘴6的一端与第一腔室4连通，气嘴6的另一端延伸至第二气囊2外侧，用于向第一腔室4内充入气体。
[0041]本实施例通过在第一腔室内充入气体，在微流道内充入填充物，解决了柔性元件刚度差，抗挤压能力弱的问题。
[0042]本实施例可以实现一定厚度下柔性薄膜整体或局部区域弹性性能的主动可控，以满足对柔性薄膜进行变刚度的工况。
[0043]实施例2
[0044]本实施例是在实施例1的基础上进行的详细设置。
[0045]在本实施例中，微流道3为螺旋形结构、管径拼接结构、局部网状结构或均布网状结构中的一种。
[0046]具体地，以柔性薄膜为基础，薄膜内部均匀开设微流道，可根据薄膜上需要进行变刚度的方向、位置来对微流道的管径、排布方式(排布位置、排布密度、排布层数等)进行设置。
[0047]具体的，微流道结构内部可以根据刚度变化范围的需要、工况需求等选择气体、液体、低熔点合金、微细颗粒、记忆合金以及其他相变材料或可变刚度材料进行填充，通过微流道内压力、温度、电压等的变化实现微流道内的材料刚度变化，进而实现预设薄膜上刚度以及拉伸性能的变化，这几种材料可以单独使用，也可以根据工况等组合使用，以实现良好的变刚度效果。
[0048]具体地，本实施例中薄膜结构不仅仅局限于单层薄膜，薄膜可与其他材料组合使用、薄膜与薄膜之间也可以组合使用，以达到分层级变刚度的效果。
[0049]具体地，可以根据变刚度需求改变薄膜的弹性模量、形状、结构、局部厚度和层数等，配合膜内的微流道实现零件整体的变刚度，薄膜可以单独使用，也可以配合骨架结构等实现整体变刚度零件设计。
[0050]在本实施例中，第二气囊2外接有加热元件，用于将微流道3内的固态填充物转变为液态填充物。
[0051]实施例3
[0052]本实施例提供了一种基于微流道的柔性薄膜的变刚度方法，为实施例1或实施例2所提供的基于微流道的柔性元件的变刚度方法，具体如下：
[0053]变刚度气囊由气动系统进行供气；
[0054]在初始状态下，第一腔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微流道的柔性薄膜，其特征在于，包括：第一气囊和沿所述第一气囊周向贴合设置的第二气囊，所述第一气囊和所述第二气囊均为波纹管状结构；盖体，所述盖体包括位于所述第一气囊内的支撑柱以及设置在所述支撑柱两端的端盖，所述支撑柱的中心处具有中空腔体；所述第一气囊和所述第二气囊均与所述端盖连接；所述第一气囊与所述支撑柱之间形成第一腔室，所述第二气囊内具有微流道；所述微流道上设置有开口，用于充入填充物；气嘴，所述气嘴的一端与所述第一腔室连通，所述气嘴的另一端延伸至所述第二气囊外侧，用于向所述第一腔室内充入气体。2.根据权利要求1所述的一种基于微流道的柔性薄膜，其特征在于，所述微流道为螺旋形结构、管径拼接结构、局部网状结构或均布网状结构中的一种。3.根据权利要求1所述的一种基于微流道的柔性薄膜，其特征在于，所述微流道的内部填充气体、液体、低熔点合金、微细颗粒或记忆合金中的一种或几种。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王周义，姚俊升，翁志远，袁清松，段云龙，张沛清，张朝福，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：