[发明专利]一种高频快速驱动的形状记忆驱动器及其制备方法

说明书

本发明提供一种高频快速驱动的形状记忆驱动器及其制备方法。高频快速驱动的形状记忆驱动器包括形状记忆材料本体和水凝胶涂层，所述水凝胶涂层包覆所述形状记忆材料本体，所述水凝胶涂层与所述形状记忆材料本体之间形成粘合界面。本发明中的形状记忆材料本体在水凝胶涂层的包裹下，由于水凝胶具有较大的热容，可以加速冷却过程，能够一种高频快速驱动。本发明的形状记忆材料驱动器可通过调整水凝胶涂层的厚度来满足所需要达到的循环次数或者驱动频率的要求。

技术领域

本发明涉及智能材料驱动器技术领域，具体为形状记忆驱动器，尤其是一种高频快速驱动的形状记忆驱动器及其制备方法。

背景技术

形状记忆材料主要包括形状记忆合金(SMA)和形状记忆聚合物(SMP),是一类能够记忆其初始形状、同时具有传感和驱动功能的智能材料。形状记已经在工业、医学领域得到了较为广泛的应用。但是目前以形状记忆材料作为驱动器的主要瓶颈在于其加热后冷却速度慢，导致驱动器的动作频率较低。目前针对形状记忆材料的常用冷却方式主要有空气与水的强制对流方法和半导体散热片。

Robert D.Howe等设计了一种形状记忆合金驱动的触觉形状显示器，用气体喷嘴强制对流加快冷却过程。Y.Taddnsse等用2.7m/s的水流通过碳纤维管来给形状记忆合金丝降温，冷却时间相比空气自然对流提升了约5倍。Brian Selden等设计了一种分段的形状记忆合金驱动器，利用帕尔贴效应的热电器件来加速冷却过程，实现了分段的选择性加热和冷却。发明专利(CN104847611A)也公开了一种基于微管道冷却的形状记忆合金驱动器，其采用内置的微管道来加速SMA丝的冷却过程，从而提高SMA驱动器的往复动作频率。这些方法都可以显著降低形状记忆材料的冷却时间，提高驱动器的动作频率，但是不可避免的引入了电源、泵等外接机械设备，从而造成了驱动器整体重量和体积的增大，还导致了驱动器整体能耗的增加。

本发明提出一种采用水凝胶材料作为形状记忆材料的涂层以提升形状记忆材料的散热性能，从而提高形状记忆材料响应频率的方法。水凝胶是一种以水为分散介质的凝胶物质，其含水量高，性质柔软，广泛应用于生物工程，药物工程等。水凝胶在近年来吸引了各界学者的研究，其理论研究和实际应用都得到了较大的发展。水凝胶材料中具有大量的水分，而水的高比热容使其能够帮助高温物体迅速降温，我们利用该特性，并通过涂层的方式将其应用于形状记忆材料的快速降温中，达到提升形状记忆材料驱动速度以及响应频率的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有形状记忆驱动器在其冷却系统笨重和其响应频率不高的问题，提出一种高频快速驱动的形状记忆驱动器及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高频快速驱动的形状记忆驱动器，其特征在于，包括形状记忆材料本体和水凝胶涂层，所述水凝胶涂层包覆所述形状记忆材料本体，所述水凝胶涂层与所述形状记忆材料本体之间形成粘合界面。

进一步的，所述形状记忆材料本体为形状记忆合金或形状记忆聚合物。

进一步的，所述形状记忆材料的形状为丝状、绞线状、平面状和弹簧等三维形状。

进一步的，所述水凝胶涂层由亲水高分子和水分组成。

进一步的，所述水凝胶通过化学键、氢键或物理搭接方式与形状记忆材料本体表面形成粘结界面。

进一步的，所述水凝胶涂层可具有不同的厚度，以使所述形状记忆驱动器获得不同的循环次数和驱动频率。

本发明还提供一种高频快速驱动的形状记忆驱动器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、准备一形状记忆合金材料本体；