[发明专利]碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料型激光光热驱动器

说明书

本发明公开了一种碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料型激光光热驱动器，包括：碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器、碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器、碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型激光光热驱动器或碳纳米管纤维纱线弹簧复合热膨胀材料一体化型激光光热驱动器；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线包括：采用将纳米粒子与碳纳米管纤维纱线进行组装或复合；在激光光热作用下，热膨胀材料层具有驱动效应，并对紧密相接触的纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层的驱动产生协同放大作用；由于其多层叠置结构，在光热作用下产生联动与协同的伸缩或旋转驱动增强效应。

技术领域

本发明属于人工智能、光机电一体化及机器人技术领域，涉及人工智能、光机电一体化及机器人的驱动技术，更具体地涉及一种碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料型激光光热驱动器。

背景技术

当前随着人工智能、光机电一体化和机器人领域的各种技术快速发展，驱动技术显得越来越重要。驱动器又称执行器,是一种重要的执行机构和动力源。它的主要功能是可以在电磁、热、静电、压力等不同动力的驱动下实现力或位移的输出。目前发展的较成熟且已经应用的驱动机构种类主要有静电驱动型、光致伸缩型、电磁驱动型、热膨胀驱动型、压电驱动型、超声波驱动型、记忆合金驱动型、磁致伸缩驱动型等。各种类型的驱动器有各自的优缺点,适用于不同的环境和领域。静电型驱动器是利用电荷间的吸引力和排斥力来驱动微电机进行工作，其中静电微马达是最早提出的微马达。静电型驱动器的优点是成本较低,但主要缺点是驱动力矩小。压电型驱动器是利用逆压电效应，在压电材料上施加电压来引起压电材料形变,从而实现驱动功能。压电驱动器具有结构简单、无噪声、控制方便等优点，但主要缺点是存在非线性现象。电磁型驱动器是利用电磁线圈通电时产生的磁力来驱动转子,实现驱动功能。电磁型驱动器具有结构简单、可靠性较高、能够承载较大电流等优点,但电磁型驱动器普遍存在能耗偏高、线圈温度偏高、噪声偏大及体积偏大等缺点。电热型驱动器是将电能转化成热能,利用材料温度变化产生的形变来实现驱动功能。磁致伸缩型驱动器利用磁致伸缩效应来实现驱动功能。所谓磁致伸缩效应是指铁磁体在外磁场变化时,其体积和长度发生变化产生的驱动效应。形状记忆合金型驱动器采用形状记忆合金材料，在预置温度下有回复原来形状的能力，来实现驱动功能。形状记忆合金型驱动器具有输出力较大、形变量较大、动作柔和性较好、控制较方便等优点，但存在响应速度较慢,形状呈阶跃性变化等缺点。光热驱动器是将光能转化成材料的热能,使材料温度升高产生体积膨胀,利用热膨胀量来实现驱动功能。与各种类型的驱动器相比,光热驱动器具有原理和结构简单、选材较广泛、输出较力和形变量较大、可以远距离非接触控制、可微小化和集成化等优点,且具备一定的能量转化效率和动态响应速度,是一种具有广泛应用前景的驱动技术。

但是，如何将光能量高效转换为热能并进行有效快速传输，如何实现远距离非接触控制，如何将光热能量有效地转换为驱动力，如何进一步提高光热驱动器的驱动效率等，这些技术问题需要解决。

发明内容

针对当前在人工智能、光机电一体化和机器人技术领域中的光热驱动器技术发展存在的系列技术问题，本发明提供一种碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料型激光光热驱动器，以达到优化提升光热驱动器的各项性能指标，进一步拓展光热驱动器的应用领域。