纸基复合材料致动器的研究

发布时间：2020-07-28 08:37

【摘要】：致动材料是能将不同形式的能量(如电能、光能、热能、化学能等)转化为机械能的材料。利用致动材料制备的器件称为致动器,在机器人、医疗应用、光学器件和仿生学等领域具有优异的发展前景。纸是一种十分普通的日常材料,有着便宜易得、可生物降解、可再生、轻便易操作及易于功能化等特点。本文主要围绕利用纸及其复合材料制备出高性能、多功能的致动器,并对它们进行原理和性能的研究。一、我们利用了纸具有多孔结构、具有亲水性、能对湿度产生响应及柔韧性好的优点,制备出能对光和湿度刺激产生响应的双层致动器。我们分别测试了该致动器受到光和湿度驱动时的形变性能,并分析出其弯曲形变的机制,发现其无论是受到光照还是受到湿度刺激都表现出优异的弯曲性能。二、我们利用纸便于打印的特性,提出了一种利用打印法制备的彩色纸基致动器,该致动器突破传统致动器颜色单一的缺点,多彩的颜色使得该致动器能对不同波长的光照产生不同的响应。三、我们利用了纸具有多孔结构及柔韧性好的优点,制备出一种新型的能实现弯曲与自传感功能的致动器。该致动器能对近红外光照作出形变和电阻变化两种响应,是一种具有传感-形变性能的多功能致动器。
【学位授予单位】：福建师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
【图文】：

流程图,致动器,流程图

Ｃ２）邋ＣＮＴ－纸／Ｂ０ＰＰ致动器的制备逡逑在环境相对湿度（Ｒｅｌａｔｉｖｅ邋ｈｕｍｉｄｉｔｙ．邋ＲＨ邋）为６０％时，将ＢＯＰＰ膜贴附在碳纳米逡逑管－纸艾合材料上，剪裁成所需大小，即得到ＣＮＴ－纸／Ｂ０ＰＰ致动器，图１－１为ＣＮＴ－逡逑纸／ＢＯＰＰ致动器的制备流程图。逡逑ＣＮＴｓ逡逑＾＾逦邋Ｗａｓｈ邋ａｗａｙ邋ａｃｉｄ邋＾逦逡逑Ｍｅａｔ邋ｔｏ逦ａｎｄ邋ｒｅｄｉｓｐｅｒｓｅ逡逑５０邋°Ｃ邋ｆｏｒ邋４ｈ逦ＣＮＴｓ邋ｉｎ邋ｗａｔｅｒ逡逑Ｍｉｘｅｄ逡逑ａｃｉｄ逡逑＾邋Ａｃｉｄ－ｔｒｅａｔｅｄ、逦逡逑ＣＮＴｓ逦Ｄｉｐ邋ｐａｐｅｒ邋ｉｎ逡逑ＢＯＰＰ邋ｆｉｌｍ逦ＣＮＴ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋／逦＼逡逑ａｎｄ邋ｄｒｙ逡逑一ｙ逦、逡逑ＣＮＴ－ｐａｐｅｒ逡逑ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｆｉｌｍ逡逑ｐａｐｅｒ逡逑图１－１邋ＣＮＴ－纸／ＢＯＰＰ致动器的制备流程图逡逑－１３－逡逑

曲率图,致动器,湿度,曲率

并将其放置到ＲＨ＝１４％的湿度控制腔内，ＣＮＴ－纸／ＢＯＰＰ致动器向ＣＮＴ－纸方向逡逑弯曲，在前６０ｓ内曲率变化较快，之后变化速率下降并达到稳态，曲率高达１．２邋ｃｍ－１，逡逑如图１－３邋（ａ）左图和图１－３邋（ｃ）所示。若将致动器重新置于ＲＨ＝６０％的环境中，致逡逑动器将恢复到初始的平直状态，如图１－３邋（ａ）中图所示。当将致动器放置到湿度为逡逑ＲＨ＝９０°／。的湿度控制腔内，ＣＮＴ－纸／ＢＯＰＰ致动器向ＢＯＰＰ方向弯曲，在前６０ｓ内曲逡逑率变化较快，之后变化速率下降并达到稳态，曲率高达１．１邋ｃｉｒＴ１，如图１－３邋（ａ）右逡逑图和图１－３邋（ｄ）所示。逡逑（ａ）逦（ｃ）逦（ｄ）邋逦逡逑＇２＼逦—■逦＿00ｒｒ逡逑９。．ｒ逡逑？．０．８邋？逦ｆ逦＾－０．４逦■逦＼逡逑Ｉ0－逦／逦Ｉ＾ｅ．逦＼逡逑／邋￡邋－０．８邋■邋＼逡逑！0－／逦５，，．逡逑０．０邋！邋１邋２逦邋．邋．逡逑１４％邋ＲＨ邋６０％邋ＲＨ邋９０％邋ＲＨ逦０邋＊邋１0０邋＇邋２００邋＇邋３００邋＊邋４ｉ0邋＇邋５００邋６００逦０逦１００邋２００邋３００邋４００邋５００邋６００逡逑Ｔｉｍｅ邋（ｓ）逦Ｔｉｍｅ邋（ｓ）逡逑（ｂ）逦Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ邋ｆｉｂｅｒ逡逑＼邋Ｕ逦ＩＩ逦ｉ逡逑图１－３邋（ａ）不同湿度下ＣＮＴ－纸／ＢＯＰＰ致动器的光学照片：１４％邋（左图），６０％邋（中图），９０％逡逑（右图）。（ｂ）湿度驱动机制示意图＾逦（ｃ）当环境湿度从ＲＨ＝６０％变为ＲＨ＝１４％时致动器曲逡逑率变化图。（ｄ）当环境湿度从ＲＨ＝６０％变为ＲＨ＝９０％时致动器曲率变化图。逡逑－１６－逡逑

示意图,弯折,示意图,器件

可设计制作出各种形状，如图２－１邋（ｂ）邋－邋（ｄ）所示。无法重复使用是上逡逑述自折叠的聚合物膜的一个缺陷，其弯曲基于ＰＳ膜不可逆的相变。若每次使用都逡逑要更换一次材料，将是一种浪费资源的表现，该缺点将对其更广泛的应用造成限制。逡逑上述器件给予我们一个新的思路，彩色器件不仅会给人眼前一新的时尚感，不逡逑．同颜色对不同波长光的不同吸收，还会给予器件光选择的，性，利于其在仿生学、伪装领域等的应用。逡逑

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