[发明专利]一种仿生智能自适应动态变构减阻材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种仿生智能自适应动态变构减阻材料及其制备方法，本发明提供的仿生智能自适应动态变构减阻材料，包括柔性硅胶基底层、柔性硅胶中间层、聚氨酯表面层和剪切增稠液，所述的柔性硅胶中间层内部设有竖向的通孔，通孔内填充有剪切增稠液，柔性硅胶中间层密封胶粘于柔性硅胶基底层和聚氨酯表面层之间；所述的剪切增稠液为聚乙二醇与纳米SiO₂粒子组合液，SiO₂粒子在剪切增稠液中的质量分数为35％～65％。本发明基于海豚皮肤自适应智能减阻原理，将仿生自适应结构设计与智能压力感知响应材料有机融合，提供出一种能够对水下的流体环境自主感知、自主适应、自主驱动、自主变形的仿生智能自适应变构减阻材料。

技术领域

本发明涉及一种减阻材料及其制备方法，特别涉及一种仿生智能自适应动态变构减阻材料及其制备方法。

背景技术

所有的船舶或水下航行器都面临一个共性的问题，就是减小阻力以提高机动性和续航能力。船舶或水下航行器在海洋中航行时，由于其和海水流动相互作用，使其表面产生湍流边界层，从而产生速度和压力脉动，形成流体附加阻力，这种边界层摩擦阻力高达水下航行器总阻力的70％～80％，从而导致其航速降低、能耗增加、续航能力下降。根据理论推算，在动力和能源一定的条件下，假如将阻力减小10％，则船舶或水下航行器的巡航速度和航程可以同时增加约3.57％；另外，节约能源消耗也是国家发展的重大战略需求。因此，研制小阻力的功能表面材料，是船舶或水下航行器减阻的热点与抢占的制高点，是解决现有材料与技术发展瓶颈的实际需求。

目前，船舶或水下航行器减阻，各国研究热点多集中在减少边界层摩擦阻力方面，主要减阻技术包括：非光滑形态减阻、低表面能超疏水涂层减阻、柔性壁面减阻、聚合物添加剂减阻与超空泡与微气泡减阻等。其中，非光滑形态减阻和柔性壁面减阻的减阻材料与技术虽然具有一定的减阻能力，但存在结构无法动态调整以适应各流速层阻力变化的问题；涂层减阻技术只在较低的流速时具有减阻能力，随着流速的增加，减阻效果逐渐减小并消失；聚合物添加剂减阻技术只适合短距离一次性使用，不利于工程化应用；超空泡与微泡技术需要额外附加装置才能实现减阻效果，制造成本高，又影响水下航行器的作战效能。因此，由于减阻结构的一层不变，在航行器航速和航深变化时，无法动态适应边界层变化，减阻效果受到了很大制约，造成在船舶或水下航行器减阻方面的提升没有显著优势。

研究海豚能够在水中快速游动发现，当海豚处于快速游动状态时，随着水的阻力增加，海豚皮肤感受到紊流压力变化，皮肤便由光滑形态逐渐变为相应的动态非光滑形态，使皮肤随着紊流作波浪式动态运动，这样就把紊流变成层流，从而减少水的摩擦阻力。对海豚皮肤减阻特性的研究与工程设计由来已久，但是目前现有的设计均是出于对海豚皮肤非光滑结构的“形似”模仿，而无法真正实现仿生海豚皮肤可感知、智能控制、动态自适应减阻设计。

因此，基于海豚皮肤自适应智能减阻原理，将海豚皮肤自适应减阻形态结构、柔性材料等多因素一体制备与智能材料可感知技术有机融合，突破传统整个减阻界面一层不变的“形似”结构设计，实现减阻界面动态自适应、可感知、智能控制的集形态、结构、材料、柔性等多因素一体化的仿生设计与制备，开发出一种新型的仿生智能自适应动态变构减阻材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是解决现阶段减阻材料存在的问题，提供的一种仿生智能自适应动态变构减阻材料及其制备方法。

本发明提供的仿生智能自适应动态变构减阻材料，包括柔性硅胶基底层、柔性硅胶中间层、聚氨酯表面层和剪切增稠液，所述的柔性硅胶中间层内部设有竖向的通孔，通孔内填充有剪切增稠液，柔性硅胶中间层密封胶粘于柔性硅胶基底层和聚氨酯表面层之间；所述的剪切增稠液为聚乙二醇与纳米SiO₂粒子组合液，SiO₂粒子在剪切增稠液中的质量分数为35％～65％。

所述的柔性硅胶基底层的硅胶型号为HC9010，厚度为1mm～5mm，拉伸强度为5MPa～8MPa，断裂伸长率为600％～800％，邵氏硬度为10A～20A。