本发明专利技术公开了一种柔性光驱动器及其制备方法和应用，属于柔性驱动器与软体装置技术领域。先配制石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体和纯聚二甲基硅氧烷(PDMS)前驱体，将纯PDMS前驱体涂覆到石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体上，然后在75‑120℃加热1‑3h，制备出石墨烯/紫磷/PDMS和PDMS的双层膜，得到柔性光驱动器。制备双层膜后，采用机械法、激光法切割成不同的形状。对不同形状的双层膜进行激光辐照，调整激光的各项参数，观察记录样品的运动状态。最后对双层膜进行表征和测试，应用于仿生植物、液体表面机器人、仿生机器人、人造肌肉、开关及太空太阳帆等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于柔性驱动器与软体装置，具体涉及一种柔性光驱动器及其制备方法和应用。
技术介绍
1、由柔性智能材料组成的驱动器件，可以在电、热、湿度等因素的刺激下，发生特定的响应，而光驱动器就是可以将光刺激转化为机械响应的材料构成的器件，具有无线驱动、远程控制、光源充足尤其是源源不断的阳光等独特优势，在仿生机器人、人造肌肉、开关、太空太阳帆等领域的广泛应用，人们一直致力于设计响应快、变形大、运动可控的光驱动器。
2、在2004年成功制备了石墨烯后，由于其优异的光学、热学、力学和电学性能，被认为是有前途的执行器候选材料。自此，石墨烯带动了其他如磷烯、锗烯等单元素的二维材料相继被成功制备。因而，磷二维材料也受到了广泛关注，并被证明具有替代碳二维材料的潜力。紫磷作为磷的又一种同素异构体，其稳定性超越黑磷，成为磷最稳定的同素异构体，而经过剥离的紫磷烯的稳定性同样超越黑磷。基于石墨烯或碳纳米管的各种快速响应光驱动器已经被报道，显示出它们在构建高性能光驱动器方面的潜力。但以石墨烯、二硫化钼为原料的光驱动器在激光辐照参数以及在激光作用下不同形状的材料的运动路线仍不明确，在光致动器应用控制方面仍受到限制。同时在以紫磷为代表的新兴二维材料为原料的光驱动器还未被探究，在光驱动器原料使用的广度方面仍有所限制。
3、针对现有的光驱动器原料单一，不同形状材料光驱动器在不同激光辐照参数作用下运动路线不明确，不易控制的技术问题，急需找到一种新的柔性光驱动器，来拓宽柔性光驱动器原料选择，丰富柔性光驱动器的应用，并实现对器件更加精准的控制。</p>
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种柔性光驱动器及其制备方法和应用，以解决现有的光驱动器原料单一，不同形状材料光驱动器在不同激光辐照参数作用下运动路线不明确，不易控制的技术问题。
2、为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、本专利技术公开了一种柔性光驱动器的制备方法，包括：
4、先制得石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体和纯聚二甲基硅氧烷前驱体，再将纯聚二甲基硅氧烷前驱体涂覆到石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体上，加热后，制得柔性光驱动器；
5、石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体的制备方法，包括：将聚二甲基硅氧烷基础液和固化剂混合搅拌均匀后，加入石墨烯/紫磷搅拌均匀，再加入正己烷搅拌均匀，随后进行超声混合，待大部分正己烷蒸发后，转移到干净的玻璃基板上，经真空干燥固化，得到石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体；
6、纯聚二甲基硅氧烷前驱体的制备方法包括：将聚二甲基硅氧烷基础液和固化剂混合搅拌均匀后，得到纯聚二甲基硅氧烷前驱体。
7、优选地，加热的条件为：75-120℃加热1-3h。
8、优选地，石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体中，石墨烯/紫磷的质量百分数为10％-40％。
9、优选地，聚二甲基硅氧烷基础液和固化剂以质量比为(9.5-10.5)：1进行混合，搅拌时间为10-15分钟；超声混合的温度为69-75℃。
10、优选地，采用旋涂法、蒸镀法或刮涂法将纯聚二甲基硅氧烷前驱体涂覆到石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体上。
11、本专利技术还公开了上述制备方法制得的柔性光驱动器。
12、本专利技术还公开了上述柔性光驱动器在仿生植物、液体表面机器人、仿生机器人、人造肌肉、开关或太空太阳帆中的应用，不同形状的柔性光驱动器在不同激光参数辐照下，具有不同的运动轨迹和运动速度。
13、优选地，采用机械法或者紫外激光法将柔性光驱动器切割成不同的形状，并进行激光辐照。
14、优选地，切割后柔性光驱动器的形状包括正方形、长方形、圆形或三角形。
15、优选地，激光辐照的波长为532-1064nm；激光的输出方式为脉冲激光；激光的脉冲宽度为50-350ns；激光的频率为20-300khz；激光的功率为1-30w。
16、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
17、本专利技术公开了一种柔性光驱动器的制备方法，本专利技术采用石墨烯、紫磷和聚二甲基硅氧烷这三种原料制备柔性光驱动器，先将纯聚二甲基硅氧烷前驱体涂覆到石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体上，然后在75-120℃加热1-3h，经切割，激光辐照之后，得到柔性光驱动器。复合时的温度过低时，两层膜的结合不紧密，容易造成器件脱落；温度过高时，材料会因温度过高而收缩，对材料结构造成破坏。复合时的时间过短时，两层膜的结合不紧密，容易造成器件脱落；聚二甲基硅氧烷固化的时间不需过长。通过改变原料配比，改变纯聚二甲基硅氧烷前驱体和石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体双层膜复合的温度和时间，调整激光输出的各项参数，记录对器件活动的影响，改变器件的形状，记录不同形状的器件的运动轨迹，来实现对器件更加精准的控制，进而实现光致动器在人工智能等领域的应用。本专利技术是基于碳材料层或紫磷层与聚二甲基硅氧烷层之间的光吸收和热膨胀系数的差异，形成结构角度变化来实现运动；基于马兰戈尼效应，利用碳材料、紫磷的光吸收和光热转换能力在表面形成温度梯度。温度梯度在液体表面产生表面张力梯度，从而推动机器人移动。探究激光的各项参数对光驱动器运动的影响及不同形状的光驱动器在激光作用下的运动路线，以解决光驱动器后续应用及控制方面的问题，以及探究在改变原料的情况下其运动特性，以解决光驱动器原料使用单一的问题。同时比较紫磷光驱动器与石墨烯光驱动器在响应时间、响应速度等方面的区别，拓宽了柔性光驱动器原料的选项，丰富了柔性光驱动器应用。
18、进一步地，石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷混合物和纯聚二甲基硅氧烷，是基于石墨烯层或紫磷层与聚二甲基硅氧烷层之间的光吸收和热膨胀系数的差异，形成结构角度变化来实现运动。
19、进一步地，石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体中，石墨烯/紫磷的质量为石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体质量的10％-40％；当石墨烯/紫磷的质量百分比低于10％时，无法使两层膜的光吸收和热膨胀系数具有明显差异，无法实现运动；当石墨烯/紫磷的质量百分比高于40％时，石墨烯/紫磷/pdms的混合物很难成型。
20、本专利技术还公开了上述制备方法制得的柔性光驱动器，该柔性光驱动器所加入的石墨烯/紫磷的含量更多，在光热效应的作用下，响应更加灵敏，且经过不同参数的激光辐照下，不同的参数对该柔性光驱动器的运动带来不同的影响，运动更加多样，对该柔性光驱动器的控制更加自如。
21、本专利技术还公开了上述柔性光驱动器在仿生植物、液体表面机器人、仿生机器人、人造肌肉、开关或太空太阳帆中的应用，不同形状的柔性光驱动器在不同激光参数辐照下，具有不同的运动轨迹和运动速度，通过记录光驱动器在激光辐照下的运动方向、速度、距离，来实现对器件更加精准的控制，进而实现光致动器在智能机器人等领域的应用。本专利技术通过比较紫磷光驱动器与石墨烯等原料的光驱动器在响应时间、响应速度等方面的区别，拓宽了柔性光驱本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种柔性光驱动器的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的柔性光驱动器的制备方法，其特征在于，所述加热的条件为：75-120℃加热1-3h。
3.根据权利要求1所述的柔性光驱动器的制备方法，其特征在于，所述石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体中，石墨烯/紫磷的质量百分数为10％-40％。
4.根据权利要求1所述的柔性光驱动器的制备方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷基础液和固化剂以质量比为(9.5-10.5)：1进行混合，所述搅拌时间为10-15分钟；所述超声混合的温度为69-75℃。
5.根据权利要求1所述的柔性光驱动器的制备方法，其特征在于，采用旋涂法、蒸镀法或刮涂法将纯聚二甲基硅氧烷前驱体涂覆到石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体上。
6.权利要求1-5任意一项所述制备方法制得的柔性光驱动器。
7.权利要求6所述的柔性光驱动器在仿生植物、液体表面机器人、仿生机器人、人造肌肉、开关或太空太阳帆中的应用，其特征在于，不同形状的柔性光驱动器在不同激光参数辐照下，具有不同的运动轨迹和运动速度。p>
8.根据权利要求7所述的柔性光驱动器在仿生植物、液体表面机器人、仿生机器人、人造肌肉、开关或太空太阳帆中的应用，其特征在于，采用机械法或者紫外激光法将柔性光驱动器切割成不同的形状，并进行激光辐照。
9.根据权利要求8所述的柔性光驱动器在仿生植物、液体表面机器人、仿生机器人、人造肌肉、开关或太空太阳帆中的应用，其特征在于，所述切割后柔性光驱动器的形状包括正方形、长方形、圆形或三角形。
10.根据权利要求8所述的柔性光驱动器在仿生植物、液体表面机器人、仿生机器人、人造肌肉、开关或太空太阳帆中的应用，其特征在于，所述激光辐照的波长为532-1064nm；激光的输出方式为脉冲激光；激光的脉冲宽度为50-350ns；激光的频率为20-300kHz；激光的功率为1-30W。
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【技术特征摘要】
1.一种柔性光驱动器的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的柔性光驱动器的制备方法，其特征在于，所述加热的条件为：75-120℃加热1-3h。
3.根据权利要求1所述的柔性光驱动器的制备方法，其特征在于，所述石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体中，石墨烯/紫磷的质量百分数为10％-40％。
4.根据权利要求1所述的柔性光驱动器的制备方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷基础液和固化剂以质量比为(9.5-10.5)：1进行混合，所述搅拌时间为10-15分钟；所述超声混合的温度为69-75℃。
5.根据权利要求1所述的柔性光驱动器的制备方法，其特征在于，采用旋涂法、蒸镀法或刮涂法将纯聚二甲基硅氧烷前驱体涂覆到石墨烯/紫磷/聚二甲基硅氧烷前驱体上。
6.权利要求1-5任意一项所述制备方法制得的柔性光驱动器。
7.权利要求6所述的柔性光驱动器在仿生植物、液体表面机...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶晓慧，李昱瑢，魏苗苗，杨智元，郑希，陈萌瑧，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：
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