[发明专利]一种柔性相变型人工肌肉材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种柔性相变型人工肌肉材料及其制备方法，本发明提供的柔性相变型人工肌肉材料包括柔性硅胶基体、相变液、导热率增强添加剂，加热电阻丝和外层尼龙网，所述的相变液以液泡形式均匀分布在柔性硅胶基体中，导热率增强添加剂均匀分散在柔性硅胶基体中，外面包裹有尼龙编织网；所述的相变液为无水乙醇，所述的导热率增强剂为氧化石墨烯或金纳米颗粒。本发明模仿肌肉收缩舒张的运动模式，将柔性复合材料设计与机械结构设计有机融合，提供出一种能够在低压条件下、柔性、体积小、变形大的柔性相变型人工肌肉材料。

技术领域

本发明涉及一种人工肌肉材料及其制备方法，特别涉及一种柔性相变型人工肌肉材料及其制备方法。

背景技术

随着机器人开发的不断深入以及人们对智能机械系统的强烈需求,作为机器人和智能机械系统驱动关键的人工肌肉已成为仿生领域的研究重点。传统的驱动方式如电机、气动、液压等因为体积过大，工作状态有限，难以满足未来机器人的发展要求，于是新型的致动材料成为研究的重点。目前，人工肌肉材料的研究主要集中在电活性聚合物及相变型人工肌肉上，这两种材料都具有较大的形变及能量密度。

相变型人工肌肉是由弹性聚合物基体与可产生相变的材料组成，通过加热或者其他的方式使复合材料中的相变材料产生相变，从而产生体积变化，通过弹性体聚合物基体的可变性实现复合材料的变形和恢复，从而实现整体的膨胀与收缩。因此，我们想基于相变型人工肌肉，制备一种新型柔性相变型人工肌肉，可以在低电压下采用电热驱动模式进行驱动，解决传统驱动体积大，柔性差，工作状态有限的不足。

发明内容

本发明的目的是解决现阶段人工肌肉材料技术的不足,传统的驱动方式如电机、气动、液压等因为体积过大，工作状态有限，难以满足未来机器人的发展要求等问题，提供的一种相变型人工肌肉材料及其制备方法。

一种柔性相变型人工肌肉材料，包括柔性硅胶基体、相变液、导热率增强剂，加热电阻丝，外层尼龙网，所述的相变液以液泡形式均匀分布在柔性硅胶基体中，导热率增强添加剂均匀分散在柔性硅胶基体中，外面包裹有尼龙编织网，通过通电加热电阻丝产生热量变化，从而导致相变液产生液-汽相变，因为外面有柔性硅胶基体及尼龙编织网，该人工肌肉便可以产生肌肉状的往复收缩。

所述的相变型人工肌肉沿长度方向收缩，沿径向方向膨胀。

一种柔性相变型人工肌肉材料的制备方法，包括以下步骤：

一、配置柔性基体材料

称取20ml的AB型硅胶,A：B＝1：1(A液10ml，B液10ml)，一定浓度导热率添加剂，乙醇，所述的硅胶和乙醇的体积百分比为15％～35％，采用机械搅拌的方式在硅胶和乙醇的混合溶液中边搅拌边加入干燥过的导热率增强剂，搅拌时间5min，手动搅拌即可，当导热率添加剂分散均匀后，便得到液态复合材料；

二、制备模具及符合模具的电阻丝

本发明使用10ml和5ml注射器注射管作为模具，将镍铬电阻丝卷成螺旋状，螺旋处长度为8cm，放入模具中；

三、柔性相变型人工肌肉的定型

将步骤一中的液态复合材料灌注在制备好并装有镍铬电阻丝的模具中，在室温下固化5h～8h成型，起模，得到柱状相变型人工肌肉；

四、人工肌肉的包装

将步骤三中的柱状相变型人工肌肉装入比其直径略小的尼龙编织网中，两端用扎带扎紧；

所述步骤一中的AB硅胶型号为Ecoflex00-30；乙醇的浓度≥99.5％；所述导热率增强剂为金纳米粒子(长径比为2)或氧化石墨烯(纯度：>99wt％，厚度：0.55～1.2nm，直径：0.5～3μm，层数：1-5层)；