[发明专利]一种柔性薄膜材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种柔性薄膜材料及其制备方法与应用；在所述柔性薄膜材料的表面设有多排互不交叉的线状子结构，任意相邻的所述线状子结构的间距为0.1～10mm，且相邻两排线状子结构的间距依次呈递减设置；每一所述线状子结构均由多个形状基本一致且等距设置的微凸起结构组成；所述柔性薄膜材料的制备方法包括将制备柔性薄膜的原料灌注到表面具有坑状结构的模板中以形成所述柔性薄膜材料。本发明所述的柔性薄膜材料在受到外界刺激下，发生定向的弯曲动作；所述柔性薄膜材料可以应用到机器人及其制造中，对于远程可操控柔性机器人的研究有着重要的意义，尤其是对于研究柔性机器人的整体结构弯曲运动、手指的灵活性，都有一定的意义。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体涉及一种柔性薄膜材料及其制备方法与应用。

背景技术

机器人的研究主要通过机械设计，然而通过远程操控来实现机器人运动是本领域人员急需解决的技术难题。现有技术中通常采用电源或者是简单的机械设计等方法对机器人进行远程操控，但是该方法存在不能远程操控和柔度不够的缺陷，导致实际作业过程中比较困难。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供了一种(刺激响应变形的)柔性薄膜材料，所述柔性薄膜材料的表面具有多排线状子结构，在受到外界刺激影响时发生定向的弯曲运动；当外界刺激影响消失后，柔性薄膜材料可以恢复原状。将这种柔性薄膜材料应用到机器人中，可以实现有效地、精确地远程操控机器人运动。

具体而言，在所述柔性薄膜材料的表面设有多排互不交叉的线状子结构，任意相邻的所述线状子结构的间距为0.1～10mm，且相邻两排线状子结构的间距依次呈递减设置；每一所述线状子结构均由多个形状基本一致且等距设置的微凸起结构组成。

原则上，本申请每一所述线状子结构均由多个形状相同且等距设置的微凸起结构组成；但是在实际操作过程中，微凸起结构的形状很难完全一致，这对本领域技术人员来说是显而易见的。

本发明为了确保柔性薄膜材料的定向弯曲运动，在所述柔性薄膜材料的表面制备密度梯度递减设置的多排线状子结构，组成微结构阵列；这种微结构阵列在柔性薄膜材料表面形成各向异性的分布。

进一步的，所述线状子结构相互平行且铺满所述柔性薄膜材料的表面，相邻两排线状子结构的间距差值为10～2000μm。

进一步的，所述微凸起结构的底部直径为10～2000μm，高度为10～2000μm；相邻所述微凸起的间距为10～2000μm。

进一步的，所述柔性薄膜材料的厚度为0.1～10mm。

本发明同时提供所述柔性薄膜材料的制备方法，包括：

将制备柔性薄膜的原料灌注到表面具有坑状结构的模板中以形成所述柔性薄膜材料。

所述模板为高密度聚乙烯模板，所述高密度聚乙烯模板的表面在金属针作用下形成坑状结构。

为了去除柔性材料和固化剂混合后产生的泡沫，所述制备方法在灌注前进行抽真空处理。

进一步的，所述制备柔性薄膜的原料包括柔性材料与固化剂；优选所述柔性材料与固化剂的质量比为0.5:1～20:1；

或所述制备柔性薄膜的原料中进一步加入了铁纳米颗粒；优选所述铁纳米颗粒占所述制备柔性薄膜的原料的0.1％。

进一步的，所述柔性材料为柔性高分子材料或金属材料；优选为硅橡胶。

进一步的，所述柔性材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

进一步的，本发明所述的制备方法还包括固化的步骤，所述固化的温度为40～100℃，时间为0.5～20h。