[发明专利]多响应驱动薄膜及其制备方法

说明书

本发明通过将超顺排碳纳米管(SACNT)薄膜和油墨附着在PET膜的两面上来制备油墨/PET/SACNT复合膜(IPS)，该IPS能够同时响应近红外光(NIR)，电，湿度和挥发性有机蒸气四种信号，当施加这四种信号时，多响应复合膜会向SACNT侧弯曲，移除信号时又能恢复原状，具有快速响应、致动速度快、致动幅度大的优点。

技术领域

本发明属于智能驱动材料领域，具体涉及一种多响应驱动薄膜及其制备方法。

背景技术

能够响应各种外部刺激，如热，光，电，磁，湿度和有机蒸汽的智能驱动材料，因其具有快速响应，大变形，可逆和可控运动的优点，在电机，传感器，软机器人，人造肌肉等中的潜在应用而备受关注。然而，大多数双压电晶片致动器都是单个刺激驱动，限制了其在复杂情况下的应用，而能够将电/光能转换成机械能的电热和光热驱动器引起了无线/遥控的极大兴趣，此外由湿度或有机蒸汽驱动的驱动器因为它们可以感知和适应不同的环境刺激也被广泛研究，可用于传感器，开关，电源等设备中。因此，由湿度和光，电和光，电和湿，湿度和有机蒸汽或三种类型混合的多个信号响应的驱动器已经有报道，例如，Wang等人开发出由湿度，热量和电力驱动的碘掺杂还原氧化石墨烯(rGO)/rGO驱动器(Single Janusiodine-doped rGO/rGO film with multi-responsive actuation and highcapacitance for smart integrated electronics，Nano Energy 53(2018)916-925)。Wang的研究小组还制造了一种酸化的单壁碳纳米管/低密度聚乙烯，它能够响应多种刺激，如电，近红外光和有机蒸气(Dual-Mechanism and Multimotion Soft Actuators Basedon Commercial Plastic Film，ACS Appl.Mater.Inter.10(17)(2018)15122-15128)。尽管在多响应致动器的设计和开发方面已经取得了很大进展，但到目前为止，还没有报道能包括光，电，湿度和有机蒸汽在内的四种类型的多刺激响应的驱动器。

典型的双晶片驱动器包含双层结构，并且致动性能取决于外部刺激时两层之间的不对称膨胀/膨胀。通常，多响应驱动器的性能往往低于单刺激驱动器的性能，因为在材料选择和结构设计方面总是存在折衷。此外，多响应驱动器的每一层在不同的刺激下发生膨胀并起主导作用，因此可能会导致弯曲方向不一致，特别是对于热湿响应的驱动器。当两种类型的刺激共同退出时，驱动性能可能恶化。因此，迫切需要开发能够在多种刺激下弯曲到相同方向的高性能驱动器。

发明内容

为克服现有技术存在的问题，本发明首次通过简单地将超顺排碳纳米管(SACNT)薄膜和油墨附着在PET膜的两面上来制备油墨/PET/SACNT复合膜(IPS)，该IPS能够同时响应近红外光(NIR)，电，湿度和挥发性有机蒸气四种信号，当施加这四种信号时，多响应复合膜会向SACNT侧弯曲，移除信号时又能恢复原状，如图1所示，且具有快速响应、致动速度快、致动幅度大的优点。

所述IPS的油墨层、pet层，SACNT层之间没有明显的分层，PET膜(又名耐高温聚酯薄膜)作为钝化层，主要起到支撑作用，而所述油墨因其高的热膨胀系数(CTE)，在NIR区域具有强吸收，可作为热膨胀层；附着在PET膜上的柔性SACNT具有疏水性、负的CTE，其优异的导电性可用于电加热。

所述油墨是由炭黑、聚氨酯溶解在乙酸乙酯和丙酮混合溶剂中制备而成，油墨层含有大量亲水基团，如-OH或-NH键，拉伸振动峰值在3439cm^-1，如图2所示，1643cm^-1和1734cm^-1的峰值可能归因于N-H的弯曲振动和C＝O的拉伸振动，油墨在水、乙酸乙酯、乙醇和甲苯中体积膨胀增加分别为0.71％，0.74％，1.6％和1.9％，因此，水分和有机蒸气都容易被油墨层吸收，导致油墨膜膨胀。