[发明专利]一种响应速度超快的电热驱动器及其制备方法

说明书

一种响应速度超快的电热驱动器，由高分子薄膜和附着于高分子薄膜上的银纳米线/粘结剂层构成双层结构，在双层结构一端的银纳米线/粘结剂层上涂覆有导电电极用于连接导线，并且由涂覆了导电电极的一端沿纵向从中间剪裁开形成U形；本发明将具有优异导电性的银纳米线与具有很大热膨胀系数的高分子薄膜结合起来，通过粘结剂的作用形成双层电热驱动器，本发明解决了电热驱动器响应慢和驱动电压高的问题，所制备的混合银纳米线电热驱动器具有优异的响应速度，弯曲360°仅需要0.08s，驱动电压仅需1V。

技术领域

本发明属于电热驱动领域，涉及一种响应速度超快的电热驱动器及其制备方法。

背景技术

驱动器是智能开关、智能机器人以及智能装备中的关键控制元件，对智能系统内部指令的执行起到核心作用。随着智能机器人以及智能系统的快速发展与普及，对于驱动器的要求越来越高，需要同时具备快的响应速度、大的形变量、高的能量转换效率。电热驱动器是将电能转换为热能，利用材料热膨胀系数的差异驱动材料发生形变的驱动器件。电热驱动器制备简单，可控性强，形变量大，能量转换效率较高。但是，电热驱动器的响应速度慢，一般在1-20秒之间，严重影响了电热驱动器在智能系统中的应用。

一般电热驱动是利用导电层和基底的热膨胀系数不同，在导电层通电发热时引起导电层和基底的变形不同造成弯曲，通常导电层包括碳纳米管、金属镀层、石墨烯等(例如CN110183704A、CN108284430A、CN106739236B)，以增加电热驱动器的导电性，提升电热驱动器的响应速度；通过选择和导电层热膨胀系数差异大的基底，以增加电热驱动器的弯曲角度，提升驱动效果。但是这些电热驱动器或者响应速度慢，或者驱动电压高，因此总体的电热驱动性能仍然达不到实用要求。因此，迫切需要研发新型电热驱动器，使其兼具高的响应速度和低的驱动电压，确保其具有优异的电热驱动性能。

发明内容

针对现有电热驱动器存在的问题，本发明提供了一种响应速度超快的电热驱动器及其制备方法，该电热驱动器具有响应速度快、形变量大和能量转换效率高的特点，驱动性能优异。

本发明的技术方案如下：

一种响应速度超快的电热驱动器，由高分子薄膜和附着于高分子薄膜上的银纳米线/粘结剂层构成双层结构，在双层结构一端的银纳米线/粘结剂层上涂覆有导电电极用于连接导线，并且由涂覆了导电电极的一端沿纵向从中间剪裁开形成U形；

进一步：

所述电热驱动器的长度为1-20cm，宽度为0.1-20cm，U形结构未剪裁部分长度为0.1-10cm；

所述双层结构中，高分子薄膜的厚度为1-20μm，银纳米线/粘结剂层的厚度为100nm-2μm；

所述高分子薄膜的材质为线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯或纸；

所述粘结剂为海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、壳聚糖、羟丙基甲基纤维素、羧甲基纤维素、羧甲基纤维素钠中的一种或两种以上任意比例的混合物；所述粘结剂与银纳米线的质量比为0.1-10：1；

所述银纳米线直径为18-200nm，长度为1-200μm；更为优选的，所述银纳米线为粗银纳米线和细银纳米线质量比12：1的混合物，所述粗银纳米线直径为150nm，长度为4.1μm，细银纳米线直径为22nm，长度为1.0μm。

本发明所述电热驱动器的制备方法为：

(1)将粘结剂溶液与银纳米线溶液混合，得到混合液；

所述粘结剂溶液的浓度为0.001-10wt％，溶剂为水、乙醇、甲醇、聚丙烯醇中的一种或两种以上任意比例的混合溶剂；

所述银纳米线溶液的浓度为0.1-25mg/mL，溶剂为水、乙醇、甲醇、聚丙烯醇中的一种或两种以上任意比例的混合溶剂；