[发明专利]一种弯曲毛细波推进器及制备方法和推进系统

说明书

本发明公开了一种弯曲毛细波推进器、一种弯曲毛细波推进器的制备方法以及基于弯曲毛细波推进器的推进系统，弯曲毛细波推进器的结构包括：弯曲基板、导电层、电极、介电层和疏水层；导电层粘连在基板上，电极粘连在导电层上，所述介电层通过磁控溅射方式喷涂到导电层和介电层上上，所述疏水层附着在介电层上。工作状态下，该弯曲毛细波推进器与液体的初始接触角为129°在施加电信号后，该接触角变化为68°。通过改变毛细波推进器基板形状，当毛细波推进器曲率越大时，靠近疏水层的毛细波被束缚在一个更小的空间里，液体所带的同种电荷之间的距离减小，他们之间的库仑力增大，排斥力增大，使得接触角变化更大，因此造成毛细波振幅增大。

技术领域

本发明涉及本发明属于机械工程领域，尤其涉及一种弯曲毛细波推进器、一种弯曲毛细波推进器的制备方法以及基于弯曲毛细波推进器的推进系统。

背景技术

随着近年来水生微型机器人在水环境监测和密闭空间探索等方面的需求与日俱增，其应用潜力越来越受到人们的关注，但受限于其复杂的电子设备如电池、控制器、襟翼等协调动作的部件，这种微型机器人并不能真正达到大小和重量的“微型”。需要有一种轻量化、结构简单的驱动方式使得微型机器人能进行隐蔽性操作而不被光学技术或红外仪器检测到。

传统水面推进装置使用电机、叶片等机械结构会极大的增加推进装置的重量和复杂程度，而毛细波推进系统不需要任何机械运动部件。因此以介电润湿效应为基础制成的小型推进装置想对于传统水面推进装置有着不可比拟的优势。其轻量、结构简单的驱动特性可以实现隐蔽操作而不被光学技术或红外仪器探测到，并且可以使用波浪能、风能等驱动摩擦纳米发电机使其自供电进行推进。而现有的直板介电润湿单元所产生的毛细波波幅有限，因此毛细波的波强不高，当其作为推进器时的推进能力有限，使得其应用受到了阻碍。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种弯曲毛细波推进器，包括：弯曲基板、导电层、电极、介电层和疏水层；所述导电层粘连在基板上，所述电极粘连在导电层上，所述介电层通过磁控溅射方式喷涂到导电层和介电层上，所述疏水层附着在介电层上。

工作状态下，该弯曲毛细波推进器与液体的初始接触角为129°在施加电信号后，该接触角变化为68°。

一种弯曲毛细波推进器的制备方法，包括：

使用3D打印机将ABS材料打印成形状为水平内凹120°的弯曲基板；

将氧化铟锡磁控溅射到聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上形成导电层，将厚度为0.05mm的导电层贴在弯曲基板上；

使用导电树脂将镍丝粘连在导电层上并加热一定时间后形成电极；

将二氧化硅磁控溅射到具有电极的导电层上表面形成介电层；

将聚四氟乙烯溶液镀到介电层的表面形成疏水层，将具有介电层的弯曲基板浸没在5％的聚四氟乙烯溶液中，使用提拉法将其以1.53mm/min的速度匀速拉出再进行加热处理从而得到弯曲毛细波推进器。

一种基于弯曲毛细波推进器的推进系统，包括：弯曲毛细波推进器、交流电压源、导线、第一电极、无人轻体船和水槽，所述交流电压源包括交流信号发生器和电流放大器，所述弯曲毛细波推进器安装在无人轻体船上、再放入水槽中，所述交流电压源的正极通过导线与弯曲毛细波推进器相连接，所述交流电压源的负极与第一电极相连接插入水槽中、当接通电源后则产生毛细波。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种弯曲毛细波推进器、一种弯曲毛细波推进器的制备方法以及基于弯曲毛细波推进器的推进系统，在一种弯曲毛细波推进器中，通过改变毛细波推进器基板形状，当毛细波推进器曲率越大时，靠近疏水层的毛细波被束缚在一个更小的空间里，液体所带的同种电荷之间的距离减小，他们之间的库仑力增大，排斥力增大，使得接触角变化更大，毛细波波峰更高，因此造成毛细波振幅增大。使得弯曲结构的毛细波推进器所产生毛细波的波强相对于传统的直板毛细波推进器更大，因此推进能力更强。