[发明专利]一种仿生3D打印温敏型柔性驱动器的制备方法

说明书

本发明公开了一种仿生3D打印温敏型柔性驱动器的制备方法，其特征是：以风露草为仿生模本，以3D打印技术为制备方法，通过真空条件下的原位自由基聚合实现仿生3D打印结构的固化成型，制备出具有较高打印流畅性、成型稳定性、力学稳定性、结构精密性、变形可可逆，重复的温敏型柔性驱动器，本发明所涉及的制备方法生产成本低，加工制造方便，适用范围广。

技术领域

本发明涉及材料领域，本发明涉及一种仿生3D打印温敏型柔性驱动器的制备方法。

技术背景

通过3D打印技术制备的柔性驱动器，能够凭借着精密的结构布局，灵巧的结构设计和快速的响应性变形，在柔性智能传感器、医学载药运输、柔性机器人等领域得到了广泛的应用。通过不同的刺激形式，实现不同环境下自发且稳定的变形功能，进一步拓展了3D打印柔性驱动器的应用前景。在众多柔性材料中，水凝胶材料凭借着极高的生物相容性与结构稳定性，已经被广泛的人工肌肉、药物释放等领域。并且，随着材料制备技术和材料加工技术的进步与发展，水凝胶材料也已经作为一种“墨水”，通过3D打印技术进行加工成型。通过3D打印技术制备的水凝胶柔性驱动器克服了传统制备方法中样品结构简单、不精密、响应速度慢的缺点，结合诸如温度、光、电、磁等诸多响应条件，3D打印水凝胶柔性驱动器成为突破传统驱动器制备方法零部件繁多复杂、变形形式简单和变形效率低的新方法。在诸多刺激条件中，温度场作为实现难度低、易构建、适用范围广及成本低的优点，被诸多柔性驱动器所采纳。虽然众多国内外学者做了大量的关于3D打印技术制备温敏型水凝胶柔性驱动器的相关工作，但依然存在着材料成分调控复杂，兼顾打印流畅性与成型稳定性的难度较大；固化方法单一，成型稳定性较低；结构设计复杂，功能简单等不足。今年来，随着仿生技术在诸多领域内的广泛应用，一些之前较难的问题被逐渐解决。因此，将仿生学引入温敏型柔性驱动器的3D打印制备中，解决制备过程中存在的诸多问题，完成简化3D打印温敏型水凝胶材料的制备过程、提高水凝胶打印稳定性及成型效率，精简水凝胶固化成型方式，简化3D打印结构及提高温敏性变形效率，亟待进一步研究。

发明内容

本发明目的是以自然界中的风露草为生物模本，针对其螺旋变形的结构进行仿生，采用3D打印技术，以N-异丙基丙烯酰胺型温敏型水凝胶为基体材料，解决3D打印柔性驱动器在结构设计、材料制备、结构打印、固化成型中存在的问题。

本发明通过3D打印技术，复制出了风露草实现螺旋变形功能的分层螺旋结构，并实现了仿风露草的变形运动。为工程领域内3D打印制备功能性与成型效率的柔性驱动器的设计与制备提供一种高效的仿生学方法。

本发明的制备方法：

本发明以风露草为仿生模本，3D打印技术为制备方法，以N-异丙基丙烯酰胺型水凝胶为打印材料。

1、以N-异丙基丙烯酰胺作单体，XLG型合成硅酸镁锂作交联剂，过硫酸钾作引发剂，N,N,N’,N’-四甲基乙二胺作催化剂，纳米木浆纤维素作增强相，单体，引发剂，催化剂之间的摩尔比为100:0.370:0.638，纳米木浆纤维素的浓度为10mg/mL～12mg/mL。交联剂质量分数为3wt.％～3.5wt.％。

2、按照1中所述的配料比称取原始材料，在冰水浴条件下将纳米木浆纤维素并搅拌30～40分钟；然后加入XLG型合成硅酸镁锂，搅拌60～65分钟；然后加入N-异丙基丙烯酰胺并搅拌120～130分钟；最后依次加入过硫酸钾和N,N,N’,N’-四甲基乙二胺，搅拌5～6分钟。