[实用新型]一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构

说明书

本实用新型提供了一种可改变表面红外线反射率的柔性气动结构，其特征在于，包括N个单体结构，所有单体结构无穿插、无镂空排列形成成片连接的完整的片状结构，或者所有单体结构穿插连接。本实用新型创造出一种可以改变自我形态的柔性结构，通过形变，同时改变材料的热传导和热辐射性能，提高了材料调温性能的有效性，这种变形能力，赋予其新的“生命”，可用于作为调温隔热材料或建筑节能环保材料。从此不再是一个单一的个体，而是拥有了“柔性逻辑”，变成了一个灵活多变的“系统”，具有了环境的“自适应”能力。

技术领域

本实用新型涉及一种通过改变其红外线吸收(反射)比率来达到热调节功能的负泊松比结构，该负泊松比结构可作为调温隔热材料或建筑节能环保材料。

背景技术

在自然界中，许多物种都有变色的能力以实现自己的目标，例如保护自己，防晒或吸引昆虫。例如变色龙，有一种非凡的能力，能在雄性动物的竞争或求爱等社会交往中表现出复杂而迅速的颜色变化。以往研究人员认为这种行为主要是为了求偶或防御天敌，近期的研究发现，变色龙还通过皮肤的这一特性来反射阳光，提高自身热防护性能。

(一)调温隔热材料

热物理范畴中，热能的传递分为三种方式：热传导、热对流和热辐射。凡可以减弱任意传热方式的调温材料均可提高材料的隔热性能。在已有的调温隔热材料中，主要分为两种类型，第一种是利用其它形式的能量，如电能、自能、化学能等，主动改变材料的温度或隔热性能。如碳纤维加热材料，是通过电能转化为热能，从而达到调温的功效。再比如相变材料，通过材料的相变实现吸热或者放热。另一种是被动调温材料，比如形状记忆材料，当温度达到一定数值时，形状记忆材料改变形状，静止空气量增加，达到隔热效果。目前已有的调温材料或隔热材料，主要通过改变一种热能传递方式来达到隔热功效。很少有材料可以同时改变两种以上热能传递方式来改变其保暖性能。

(二)负泊松比结构——罗恩·雷施(Ron Resch)三角形

泊松比(Poisson’s ratio)的概念由法国著名数学家西莫恩·德尼·泊松(Simeon-Denis Poisson)首次提出，用于描述在材料发生横向变形的同时伴随产生的纵向变形现象，大多数传统材料具有正泊松比。目前，经典弹性理论证明了各向同性材料的泊松比取值范围在-1.0～0.5之间。当泊松比为负值时，材料会表现出不同于传统材料的反常特性，同时这种特性可表现在平面二维结构或立体三维结构中。例如二维平面的负泊松比结构，其横向受拉伸载荷时，会沿纵向发生膨胀。当物体Z轴方向收到外力挤压时，常规材料的X，Y轴方向发生外扩形变，而负泊松比结构(又称超材料或拉涨结构)的X和Y轴方向则发生反向内缩形变。负泊松比结构在抗剪承载力、抗断裂性、能量吸收和压陷阻力等方面比传统材料更有优势，因而此类材料在医疗设备、传感器、防护设备、航空航海及国防工程等领域有广泛的应用前景。

(三)软体机器人(流体压差驱动)

科学家所定义的软体机器人(Soft Robotics)是由与自然界生物体的杨氏模量相当的材料构成的具有自主行为的人造系统。国际机器人协会对软体机器人的定义是：(1)由某种特殊的柔软弹性材料制成的机械装置；(2)或由多个刚性部件构成，但能展现出类似软体机器人变形特性的机电装置。软体机器人的驱动方式主要取决于所使用的智能材料；一般有介电弹性体(DE)、离子聚合物金属复合材料(IPMC)、形状记忆合金(SMA)、形状记忆聚合物(SMP)等等，从响应的物理量暂时分为如下几类：电场、压力、磁场、化学反应、光、温度等。其中基于压力的流体压差驱动方式，是目前控制软体机器人的主要方法之一。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可以改变自我形态的柔性结构，以实现热调节功能。