[发明专利]对光热和湿度具有刺激响应性的纤维基扭转驱动器及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种对光热和湿度具有刺激响应性的纤维基扭转驱动器及其制备方法与应用，属于功能材料技术领域。该纤维基扭转驱动器由质量比为(0.05～0.2):1:(25～40)的氧化石墨烯粉末、海藻酸纳粉末及去离子水混合后并经纺丝、加捻处理得到，其中，纤维基扭转驱动器对波长为780nm～1100nm，光强为100～500mW/cm²的近红外光照射发生可逆的旋转驱动行为，旋转圈数为30～125圈，旋转速度为90～520rpm/m；纤维基扭转驱动器对相对湿度为40％～80％的外界环境发生可逆的旋转驱动行为，旋转圈数为250～330圈，旋转速度为4000～10000rpm/m。本发明设计的纤维基扭转驱动器中海藻酸钠与氧化石墨烯协同发挥作用，使其在光热刺激响应性智能驱动材料或湿度刺激响应性智能驱动材料方面具备较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及扭转驱动器，属于功能材料技术领域，具体地涉及一种对 光热和湿度具有刺激响应性的纤维基扭转驱动器及其制备方法与应用。

背景技术

智能材料是一种能感知外部刺激，能够判断并作出适当处理的，如伴 随着自身一些响应性行为的新型功能材料。智能材料始于功能材料但性能 以及应用前景远高于功能材料。柔性驱动器作为新型功能材料，是智能材 料中不可或缺的重要组成部分。

柔性驱动材料包括一维的纤维类驱动材料，二维的薄膜类驱动材料以 及三维的凝胶类驱动材料。其中一维的纤维基驱动材料由于其轻质、可大 尺度变形性以及可编制性成为一种新型的智能材料。驱动器件可以对外界 环境刺激做出刺激性响应，从而在驱动过程中产生宏观的运动，也即产生 机械能，而机械能是我们可以直接利用的能源方式之一，因此对我们的生 产生活会产生很大的影响。

当前的研究中对溶剂、湿度以及热具有刺激响应性的纤维基驱动材料 已有报道，如本发明人还申请了海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法及 其应用的发明专利，该申请利用海藻酸钠的吸湿性，将海藻酸钠制成海藻 酸钠凝胶态纤维，然后经加捻处理，制备得到具备高能量携带者的海藻酸 钠纤维基扭转驱动器，该驱动器在水环境中吸水溶胀，吸水溶胀过程中的 体积变化转化为机械驱动行为，从而产生自发、高速、可逆的扭转驱动行为。

又如中国发明专利申请(申请公布号：CN105003405，申请公布日： 2015-10-28)公开了一种卷曲和非卷曲加捻纳米纤维纱线及聚合物纤维扭转 和拉伸驱动器，其包括捻纺纳米纤维纱线或插捻聚合物纤维的驱动器(人造 肌肉)在经电、光、化学、热、通过吸收或通过其它方式供能时产生扭转和 /或拉伸驱动。该发明专利实施例17中阐述了石蜡渗透的碳纳米管纱线通 过光加热产生扭转驱动，以及实施例10，实施例11中阐述了温度变化也可为纯碳纳米管纱线提供扭转驱动。即该发明专利申请详细阐述了对外界环 境的温度变化而产生的刺激性响应的捻纺纳米纤维纱线或插捻聚合物纤 维，但是对于外界环境水刺激产生扭转响应的柔性驱动器并没有提及。

因此，目前并未有关于可同时对光热以及环境中的湿度变化产生扭转 响应的柔性驱动器纤维材料。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种能够同时对光热以及环境中 的湿度变化产生自发可逆响应的扭转驱动器及其制备方法，该制备方法简 单、快速，可实现大批量规模化生产。

为实现上述目的，本发明公开了一种对光热和湿度具有刺激响应性的 纤维基扭转驱动器，它由质量比为(0.05～0.2):1:(25～40)的氧化石墨烯 粉末、海藻酸纳粉末及去离子水混合后并经纺丝、加捻处理得到，所述纤 维基扭转驱动器对波长为780nm～1100nm，光强为100～500mW/cm²的近红 外光照射发生可逆的旋转驱动行为，旋转圈数为30～125圈，旋转速度为 90～520rpm/m；所述纤维基扭转驱动器对相对湿度为40％～80％的外界环境 发生可逆的旋转驱动行为，旋转圈数为250～330圈，旋转速度为 4000～10000rpm/m。