[发明专利]一种光致弯曲导电执行器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于仿生技术领域，具体涉及一种光致弯曲导电执行器及其制备方法。

背景技术

20世纪中期以来，人们越来越深刻认识到大自然的启发对于开发新材料和新技术的重要性，从而提出仿生学概念并建立仿生学这一学科。随着研究的发展，仿生学已成为自然科学的一个前沿和焦点。进入21世纪以来，随着机器人开发的不断深入以及人们对智能机械系统的强烈需求，作为机器人和智能机械系统驱动关键的人工肌肉已成为仿生学的研究重点。肌肉是生物学上可收缩的组织，具有信息传递、能量传递、废物排除、能量供给、传动以及自我修复功能。而人工肌肉是指在光、电、热、磁等激励下会产生弯曲、伸缩等类似自然肌肉的力学形变的材料，可广泛用于仿生机器人、开关、传感器等。

人类很早就致力于仿生物肌肉和人工肌肉的研发了。研发初期，形状记忆合金被尝试作为人工肌肉材料，虽然它具有高能量密度和低比重等特点，但是同样存在许多不利因素，比如形变不可预知性，响应速度慢以及使用尺寸受限等，这些都制约了其在人工肌肉材料方面的发展。点火星陶瓷因响应速度较形状记忆合金快，成为了人工肌肉的另一个备选材料，但是由于脆性大，只能获得小于1%的应变，发展也受到限制。由于材料的问题，人工肌肉一度陷入缓慢发展期，直到一类新型材料电活性聚合物（Electroactive polymers，EAP）的出现。EAP可以产生的应变比电活性陶瓷大两个数量级，并且较形状记忆金属响应快、密度小、回弹性大，另外具有类似生物肌肉的高抗撕裂强度及固有的振动阻尼性能等。从上个世界90年初开始，基于电活性聚合物材料的人工肌肉驱动器得到快速发展。电活性聚合物材料是指能够在电流、电压或电场作用下产生物理形变的聚合物材料，其显著特征是能将电能转换为机械能。

2003年，Ikeda和俞燕蕾等人首先报道了光致弯曲液晶弹性体薄膜，研究了紫外光和可见光照射后向列相液晶弹性体薄膜的弯曲和恢复行为。观察液晶弹性体薄膜在紫外光的照射下朝着入射光方向弯曲，可见光照射后薄膜恢复到最初的平展状态。他们发现薄膜的弯曲行为是各向异性的，只沿着摩擦方向弯曲，而且加热和采用量溶剂溶胀的方法以促进分子链段得运动对实现光致弯曲很重要。随后，他们进一步实现了液晶弹性体薄膜的方向可控光致弯曲，使得多畴向列相液晶弹性体薄膜可沿着任意方向重复的弯曲。与二维运动模式的光致收缩相比，光致弯曲模式在人工手臂，微型机器人的应用方面更具优势。光致弯曲薄膜的出现有效的将光能转换为机械能。日本东京工业大学池田富树利用光致弯曲发明了光驱动马达。只要马达的一边持续照射紫外线，在另外一段持续照射可见光，马达即可持续运转。利用光能这一可再生能源，并直接将其转换为机械能将会进一步的促进人工智能材料领域的发展。但是，目前的研究主要是通过光致弯曲产生的薄膜形变，进而作为执行器的动力，通常照明装置也是另外搭建的平台，从而未能真正实现光致弯曲执行器或机器人的一体化和微型化。

到目前为止，基于光致弯曲聚合物材料的导电执行器还没有任何相关的报道。该光致弯曲导电执行器可以有机的将光致弯曲执行器和新型导电薄膜结合在一起，为实现光致弯曲执行器一体化工作开展提供基础支持。

因此，如果能够制备光致弯曲导电执行器就可以实现光致弯曲执行器一体化和微型化，加快光致弯曲材料在人工肌肉领域的更为广泛的应用和更快速的发展。

发明内容

本发明所要解决的的技术问题是如何提供一种光致弯曲导电执行器及其制备方法，该光致弯曲导电执行器既可以作为光致弯曲执行器，又可以作为作为导电薄膜实现导通电路功能，进而可以应用于实现光致弯曲执行器与光源一体化技术上。

本发明的技术方案为：

一种光致弯曲导电执行器，由下至上分别是光致弯曲执行器、粘结层和导电层，所述光致弯曲执行器为光致弯曲聚合物材料，所述粘结层为需要双重固化的胶粘剂。

进一步地，所述需要双重固化的胶粘剂为紫外光固化-热固化体系、紫外光固化-微波固化体系、紫外光固化-厌氧固化体系或紫外光固化-电子束固化体系中的一种。

进一步地，所述光致弯曲聚合物材料为交联液晶聚合物、液晶凝胶、液晶弹性体、单相液晶或多相液晶中的一种或者多种。

进一步地，所述导电层的厚度小于或等于200 nm。

进一步地，所述导电层为石墨烯、碳纳米管、金属单质纳米线、金属合金纳米线、金属异质结纳米线、氧化锌或聚合物电极材料中的一种或多种。

进一步地，所述金属单质纳米线为铁纳米线、铜纳米线、银纳米线、金纳米线、铝纳米线、镍纳米线、钴纳米线、锰纳米线、镉纳米线、铟纳米线、锡纳米线、钨纳米线或铂纳米线中的一种。