[发明专利]一种微型执行器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种微型执行器，包括惰性层以及复合于所述惰性层的活性层，所述活性层由硼砂和氨基甲酸酯接枝的聚乙烯醇制备而成。本发明提供的微型执行器对于温度和湿度都有响应，对工作环境要求较低，可以在较宽的温度与湿度范围内工作。而且，相对于原始形状，该执行器可以实现正角度与负角度的两个方向实现360度弯曲。本发明提供的微型执行器可用于制造适用于某些需精细、柔软或/和潮湿等的特殊环境中的微型精密温湿度敏感器件。

技术领域

本发明属于智能材料技术领域，具体涉及一种微型执行器及其制备方法。

背景技术

自然界的生物体具有“智能”性，对外界环境刺激具有快速的响应性。比如，心皮(一种植物)就可以通过温度与湿度的刺激来实现播种；又如，松果在干燥的环境下则打开以便释放成熟的种子，而在较高湿度环境下，则闭合从而阻止种子释放。模仿生物体对于外界湿度与温度的响应，可开发出人工生物感应系统，人工肌肉，智能“化学”响应性开关等先进材料与器件，是目前的前沿领域，在软体微型机器人领域得到了广泛的应用。

机器人目前受到了越来越多的关注。而传统的机械式机器人大多使用磁控设备来驱动机器人部件的运动。但是，由于磁控部件大部分依赖金属，导致其重量大，这导致机械机器人的运动需要非常大的能量。另外，磁控类的执行器将不可避免的要求较大的尺寸，无法实现微纳尺度的某些特种应用。为了改进这些负面影响，目前，许多研究将目标瞄准在聚合物类执行器上。相较于金属机械机器人，聚合物类材料执行器具有高度可调控的性质，响应性的多样性(温度，pH，生物信号，光，电等)，质量轻以及尺寸小等优势。目前所发明的聚合物执行器主要包括三类：(1)压电型；(2)导电聚合物型；以及(3)水凝胶型。

(1)压电型；美国专利US20120248945 A1与US4868447 A公布一中三成结构基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电效应的执行器。利用了聚偏氟乙烯在电压下出现形变的逆压电效应，可实现器件的弯曲，伸缩与扭转等形变。

(2)导电聚合物型；美国专利(2007，US 7,169,822 B2；2012，US 8,159,112 B2，2010，US20110089787 A1)，公布了一种具有三层结构的基于离子交换聚合物的电驱动型执行器，其中离子聚合物作为活性层，夹在两个金属电极片中间，通过电压使得可迁移离子发生局部聚集导致静电排斥作用，从而使得聚合物一侧发生“膨胀”，整体结构发生弯曲；

以上两类执行器需要外界电源，不利于器件的微型化与遥控化；为了弥补这种不便，另一类高分子材料，第三种执行器(3)水凝胶体系得到了广泛的关注。水凝胶可以在不同的湿度与温度下，可逆的吸收与释放水，调控自身体积的可逆溶胀与收缩，从而实现执行器功能。但是，目前的所实现的执行器对于刺激的响应种类较为单一。另外，许多以往的水凝胶执行器的弯曲一般为单一方向，并且形变量比较小；而且，所发展的水凝胶体系一般需要在湿度较大，甚至水中才能正常工作，在较干燥的环境下，无法工作。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种微型执行器及其制备方法，本发明提供的微型执行器对工作环境要求较低，可以实现温度与湿度的双重响应，并且可以实现双向、大形变量弯曲。

本发明提供了一种微型执行器，包括惰性层以及复合于所述惰性层的活性层，所述活性层由硼砂和氨基甲酸酯接枝的聚乙烯醇制备而成。

优选的，所述氨基甲酸酯接枝的聚乙烯醇中氨基甲酸酯的接枝率≥10％。

优选的，所述氨基甲酸酯接枝的聚乙烯醇按照如下方法进行制备：

将聚乙烯醇、二甲基亚砜与羰二咪唑混合，进行活化反应，得到活化后的聚乙烯醇；

将所述活化后的聚乙烯醇与N,N-二乙基-1,2-二胺反应，得到氨基甲酸酯接枝的聚乙烯醇。

优选的，所述硼砂和氨基甲酸酯接枝的聚乙烯醇的质量比为(0.1～1)：1。