[发明专利]离子交换膜型多刺激源响应柔性驱动器、制备方法及应用

说明书

本发明涉及柔性驱动器技术领域，具体来说是一种离子交换膜型多刺激源响应柔性驱动器，包括柔性复合膜，柔性复合膜包括相互固定改性离子交换膜层和聚合物薄膜层，改性离子交换膜层内掺杂有碳纳米材料；该柔性复合膜在光照、施加电压、改变温度或者湿度变化的情况下发生弯曲变形。本申请以离子交换膜溶液、碳纳米材料、聚合物薄膜为原料，以有机溶剂稀释离子交换膜溶液，促进碳纳米材料分散，使碳纳米材料充分地分散在离子交换膜溶液中；制备时仅需将原料简单混合，再经烘干、组装，即可制得多刺激源响应的柔性复合膜，具有制备工艺简单、材料成本低的优点，且能够同时响应光、电、热、湿度和等化学品的多重刺激，应用范围广。

技术领域

本发明涉及柔性驱动器技术领域，具体来说是离子交换膜型多刺激源响应柔性驱动器、制备方法及应用。

背景技术

柔性智能驱动器具有质量轻、柔软灵活、环境适应性好等优点，且在光、电、磁、湿度、化学等外界刺激下发生响应，能够广泛应用于柔性机器人、传感器、人工肌肉、智能开关等领域。

传统的柔性驱动器主要分为光驱动、电驱动和湿度驱动。光驱动器主要是利用材料的光热转化以及热膨胀原理实现机械能转变，如公告号为CN107029565B的中国发明专利公开了一种基于氧化石墨烯的光驱动双层复合膜及其制备方法与应用，该种驱动器往往需要强光源才能实现驱动。

电驱动器主要有电热型(热膨胀)、电子型(电荷极化)和离子型(离子迁移)三种类型，电热驱动器具有相对较低的工作电压，但是工作温度高；电子型驱动器需要千伏级的高压驱动；离子型驱动器工作电压低，但需要相对湿润的工作条件。如公告号为CN 111969883B的中国发明专利公开了一种黑磷碳纳米管复合材料作为非接触式静电响应驱动器的应用，该种驱动器仅能对电驱动激源做出响应。

湿度驱动往往只能对空气中水分湿度变化的刺激做出响应，响应刺激源单一。目前，公告号为CN109671250A的中国发明专利公开了一种多刺激源响应的变形变色纸基纳米复合智能薄膜驱动器、制备方法及应用，该驱动器由纸层、贵金属纳米材料层以及聚合物薄膜层组成，贵金属纳米材料均匀涂覆在纸的单侧表面上形成纸与贵金属纳米材料复合导电层，聚合物薄膜层涂覆在复合导电层的贵金属纳米材料一侧；驱动器在改变温度、湿度以及施加电压情况下发生弯曲变形。但该驱动器不能响应化学品湿度变化的刺激，不利于工业化利用。

可见，现有技术中的柔性驱动器存在制备工艺复杂、材料成本较高、响应刺激源不够丰富、工业化应用范围受限等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何提供一种离子交换膜型多刺激源响应柔性驱动器，具有制备简单、材料成本低的优点，且能够同时响应光、电、热、湿度和易挥发有机溶剂的多重刺激，应用范围广。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

本发明第一方面提供一种离子交换膜型多刺激源响应柔性驱动器，包括柔性复合膜，所述柔性复合膜包括相互固定的改性离子交换膜层和聚合物薄膜层，所述改性离子交换膜层内掺杂有碳纳米材料；所述柔性复合膜在光照、施加电压、改变温度或者湿度变化的情况下发生弯曲变形。

有益效果：本发明的柔性复合膜包括改性离子交换膜层和聚合物薄膜层，而改性离子交换膜层内掺杂有碳纳米材料，当光照增强时，改性离子交换膜层发生光热转化，以加热聚合物薄膜层使其发生热膨胀，同时改性离子交换膜层受热失水收缩，以此驱动驱动器向改性离子交换膜层一侧弯曲；当光照条件恢复到初始环境下，驱动器的变形可逆，恢复到原来的形状。

同理，在施加电压的条件下，改性离子交换膜层发生电热转化，以加热聚合物薄膜层使其发生热膨胀，同时改性离子交换膜层受热失水收缩，以此驱动驱动器向改性离子交换膜层一侧弯曲；去除电压后变形消失，驱动器恢复到初始形状。