超疏水光热执行器的激光加工与马拉高尼效应驱动研究

发布时间：2020-05-23 13:59

【摘要】：目前,能源短缺已成为世界难题,其引发的问题接踵而至,如何减少执行器的使用或使其不使用能源被越来越多的科研工作者所关注,由此自驱动执行器应运而生。自驱动执行器是执行器自身能够从外界获取能量,将自然界中的能量进行转换后,使自身发生致动。众所周知自然界的能量包括水能,热能,光能等很多种形式。光能又因易获得,安全,绿色环保被尤为重视。利用光能作为驱动能源的执行器我们称之为光驱动执行器。光驱动执行器的致动原理可划分为光化学反应,光热转换,光电转换等。其中光热转换具有现象明显,原理简单的优点而被科研人员广泛研究。光热转换可以让来自于光的能量转变为热能,又因为热量的存在可以使特定的材料产生热膨胀,热传递等现象从而引起表面张力的改变,进而使执行器产生不同的运动等。光能可以通过无接触,可操控并且连续的操作方式直接转换成动能。尽管很多先驱性的工作已经证实了可以通过光照使物体自身的热量发生梯度改变,引起物体的表面张力发生变化,从而可控性的对器件进行操控。但是,难题还是存在的,比如,第一如何将光热转换材料与器件基底进行高效、简单、灵活的结合,第二如何能够设计出具有丰富功能且精巧的执行器。第三当执行器在液体表面进行运动时,流体的表面所带有的粘滞性会产生阻力,严重阻碍执行器的运动,如何减少这些阻力是亟待解决的问题。以上这些难题都严重阻碍了自驱动执行器的进一步深入研究和更加实际化应用的脚步。本研究工作针对以上所提到问题,进行了深入研究。本研究发现了一种简便的一步加工方法来制备可光致动的漂浮器件,这种可漂浮器件具有多功能的表面,这种表面既可以吸收光能,又可以减少水面粘滞性带来的阻力。在这项工作中,我们采用的激光直写技术不仅可以在物体上直写出具有非对称结构的图案,还可以将物体的表面进行改性操作。通过在特定的位置集成多功能的表面或设计非对称结构的方式,制备出三种典型的光驱动执行器,这三种器件可以在光源的照射下快速的进行线性或者旋转运动。这些器件不仅可以利用传统的光源-激光进行致动,还可以使用聚焦太阳光和大范围照射的白炽灯进行驱动。通过对这三种光驱动执行器的研究为解决上述问题提供了切实可行的研究基础,并且此光驱动执行器具有简单、绿色环保且成本低廉的优势。
【图文】：

氧化石墨,湿度,水分子,智能器件

图 1.1 当前电执行器的发展1.3 湿度执行器湿度是说明大气中的水分子含量程度的量度。水分子的存在以及多寡决定了湿度大小。人类生活的环境湿度既不能不高，也不能太低，然而湿度又是一直在变化的量。湿度发生改变后可刺激智能执行器发生相应的变化，因此湿度也可以成为一种刺激因素。当一些智能材料、智能器件对于水分子的结合程度以及后续的变化不同，产生的梯度表现，从而产生形变运动。已有研究发现当制备好的氧化石墨烯薄膜在聚焦太阳光下进行照射，接收到太阳光的氧化石墨烯会被原位还原的，也就是在该区域形成了氧化石墨烯和还原氧化石墨烯的双层结构薄膜，而氧化石墨烯表面具有很多含氧官能团，可以有效的和水分子进行结合，之后产生

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第一章绪论器，到微观的湿度执行器，随处均可见到水凝胶的身影。如研究者利用 PE合光刻技术，制备出可以进行湿度响应的执行器。当湿度发生改变或可操行器可以向特定的方向弯曲，由此设想可以制备自动感应湿度的智能窗帘器件[17]。水凝胶也可以制成微纳结构的湿度执行器，利用飞秒激光加工技备出微型水凝胶器件，在湿度的影响下，发生了形变[18]。总之湿度执行生活中得到了广泛应用，如果能加以普及，相信未来的生活将会更加智
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP215;TN249

【参考文献】