[发明专利]一种光热响应材料及用其制备光热驱动机器人的方法及应用

说明书

本发明公开了一种光热响应材料及用其制备光热驱动机器人的方法及应用，属于光驱动器技术领域，具体地是在聚甲基丙烯酸甲酯薄膜上引入石墨烯氧化物和金纳米棒的复合物薄膜，将得到双层薄膜作为制备机器人的原材料薄膜，并利用商用的光盘光雕光驱对原材料薄膜上层的复合薄膜进行激光扫描改性，获得图案化的机器人结构；扫描时，激光对机器人结构中的光驱动器区域完成光还原，使得这些区域的复合薄膜同时获得高吸光度和高热导率，连同下层PMMA薄膜形成高效的光驱动器组件。在用光源照射机器人进行驱动时，由于还原后的光驱动器区域的复合薄膜的热膨胀系数远小于PMMA薄膜，使得光驱动器组件迅速向复合薄膜一侧弯曲，进而驱动机器人变形或运动。

技术领域

本发明属于光驱动器技术领域，具体涉及一种光热响应材料及利用光雕技术对该光响应材料还原的石墨烯氧化物和金纳米棒复合薄膜加工获得光热驱动机器人，并通过光热效应对机器人进行驱动。

技术背景

光驱动器是光驱动机器人的核心组件。多层结构型光驱动器作为其中一类典型代表，其基本驱动原理是利用光热效应引起材料膨胀或收缩；即将具有不同热膨胀系数的材料制备成多层结构，当材料发生光热响应后会向热膨胀系数较小的材料一侧弯曲，进而以材料形变产生的应力对机器人进行驱动，实现折叠、抓取、运动等驱动效果。据此，此类驱动器需用具有光热响应特性的材料进行制备，目前常用的有单壁碳纳米管、聚苯乙烯等光热材料。为了提高光驱动器的响应速率，需要同时提高材料的吸光度和热导率。目前，依赖单一材料已经无法满足这一需求。而为了精准控制和驱动机器人，还需要一种简单、高效的制备方法来准确实现机器人结构设计的图案化并集成光驱动器。基于上述分析，寻找满足上述条件的材料和方法，都是光驱动机器人技术面临的重要问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种利用光热响应材料制备机器人的制备方法。在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜上引入石墨烯氧化物和金纳米棒的复合物薄膜，将得到双层薄膜作为制备机器人的原材料薄膜，并利用商用的光盘光雕光驱对原材料薄膜的光驱动器区域进行激光扫描改性(即光雕还原)，获得图案化的机器人结构；扫描时，激光对光驱动器区域的上层复合薄膜进行光还原，使其同时获得高吸光度和高热导率，连同下层PMMA薄膜成为光热响应材料，可作为机器人的光驱动器组件。在用光源照射机器人进行驱动时，由于各个光驱动器的复合薄膜的热膨胀系数远小于PMMA薄膜，使得光驱动器组件迅速向复合薄膜一侧弯曲，进而驱动机器人变形或运动。

一种光热响应材料，所述材料为双层薄膜型复合材料，一层为还原的石墨烯氧化物/金纳米棒复合物薄膜，另一层为聚合物薄膜；在受到激光照射时，该材料产生光热响应，并由于双层薄膜热膨胀系数的显著差别而发生弯曲。

所述的还原的石墨烯氧化物/金纳米棒复合物薄膜中，还原的石墨烯氧化物与金纳米棒的质量比为3.25:1-8.12:1，膜厚为1-2μm；

所述聚合物薄膜材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，膜厚为10-50μm。

一种利用光热响应材料制备光热驱动机器人的方法，具体步骤如下：

(1)光热响应材料前驱体的合成；

取石墨烯氧化物溶液与金纳米棒溶液以10:1-20:1的体积比混合，搅拌转速为300-800r/min，搅拌时间为10-15min，得到石墨烯氧化物与金纳米棒复合纳米材料的溶液，其中，石墨烯氧化物溶液的浓度为4-8mg/mL，金纳米棒溶液的浓度为0.1-0.5mM；然后将复合纳米材料的溶液旋涂至PMMA薄膜上形成上层复合物薄膜，其中复合物薄膜的厚度为1-2μm，下层PMMA膜的厚度为10-50μm；并在50-70℃下烘5-6h，最终得到复合薄膜/PMMA的双层薄膜，即光热响应材料前驱体；其中，金纳米棒溶液中金纳米棒的径长比范围为0.25-1；

(2)、光雕还原制备机器人；