[发明专利]纳米颗粒团聚型纳米多孔电化学驱动器及其制备和测试方法

权利要求书

1.一种纳米颗粒团聚型纳米多孔电化学驱动器，其特征在于，为双层薄膜结构，包括柔性导体材料的沉积基底和沉积在沉积基底上的驱动薄膜，所述驱动薄膜由纳米颗粒团聚而成，通过团聚、沉积不同粒径的纳米颗粒来实现纳米多孔结构；所述驱动薄膜与沉积基底的厚度比应满足(0.3～1)：1；在电化学反应中，当有离子嵌入驱动薄膜时，驱动薄膜会发生体积膨胀；而沉积基底不受离子嵌入的影响，无体积膨胀；驱动薄膜中离子嵌入诱发的体积膨胀效应与沉积基底对其的约束效应之间会发生相互作用，因而使得双层薄膜结构发生弯曲、实现驱动效果。

2.根据权利要求1所述的纳米颗粒团聚型纳米多孔电化学驱动器，其特征在于，所述的柔性导体材料为金属箔材或镀有导电电极的聚合物薄膜。

3.根据权利要求1所述的纳米颗粒团聚型纳米多孔电化学驱动器，其特征在于，所述的驱动薄膜由过渡金属硫化物、金属或碳纳米颗粒中的任一种或多种团聚生长而成。

4.权利要求1至3任一项所述的纳米颗粒团聚型纳米多孔电化学驱动器的制备方法，其特征在于，利用压延机多次冷压轧制出符合厚度设计要求的基底材料；随后对其进行超声清洗并真空干燥24h；之后将其裁剪成为符合设计要求的细长条用作沉积基底；整个制备过程需在真空腔体内完成，将上述沉积基底倒置固定在加热台上，将目标靶材按照预设的靶基间距固定于加热台下方；为了使成膜更加均匀，加热台带动沉积基底进行转动；为了保证靶材的使用寿命，目标靶以高于加热台15倍的转速进行反向旋转；随后将石榴石激光能量调节至稳定，激光频率设定为1～10Hz，沿目标靶径向进行扫描轰击，利用高能激光束轰击实现靶材从固态—等离子态—固态的转变，从而在不同基底上形成纳米颗粒团聚型纳米多孔驱动薄膜；制备前将真空腔体内的气压设定在4×10^-8～2×10^-7Torr，制备时的温度控制在25～100℃，通过控制沉积时间来控制驱动薄膜在沉积基底上的沉积厚度，通过调控靶基间距、基底转速、沉积温度，获得颗粒粒径可控的纳米多孔电化学驱动器。

5.权利要求1至3任一项所述的纳米颗粒团聚型纳米多孔电化学驱动器的测试方法，其特征在于，采用三电极测试体系进行电化学测试，由权利要求1至3任一项所述的纳米颗粒团聚型纳米多孔电化学驱动器被用作工作电极，分别将饱和甘汞电极和2×2cm²的铂片电极用作参比电极和辅助电极；将0.5mol/L的稀硫酸溶液用作电解液；利用辰华CHI660E电化学工作站输出和采集电压、电流、电荷和频率；与此同时，利用高清实验相机对驱动器的位移及曲率进行原位观测；电化学驱动器的驱动电压低至-0.35～0.35V，响应频率为0.001～0.25Hz，此电化学驱动器能够驱动自重800倍以内的重物；其曲率幅值高达0.207mm^-1；驱动速率达9.4×10^-3mm^-1·s^-1·V^-1。

6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述的驱动电压为方波、三角波、正弦波中的任一种或多种分阶段组合。