【摘要】：致動(dòng)材料是能將不同形式的能量(如電能、光能、熱能、化學(xué)能等)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的材料。利用致動(dòng)材料制備的器件稱為致動(dòng)器,在機(jī)器人、醫(yī)療應(yīng)用、光學(xué)器件和仿生學(xué)等領(lǐng)域具有優(yōu)異的發(fā)展前景。紙是一種十分普通的日常材料,有著便宜易得、可生物降解、可再生、輕便易操作及易于功能化等特點(diǎn)。本文主要圍繞利用紙及其復(fù)合材料制備出高性能、多功能的致動(dòng)器,并對(duì)它們進(jìn)行原理和性能的研究。一、我們利用了紙具有多孔結(jié)構(gòu)、具有親水性、能對(duì)濕度產(chǎn)生響應(yīng)及柔韌性好的優(yōu)點(diǎn),制備出能對(duì)光和濕度刺激產(chǎn)生響應(yīng)的雙層致動(dòng)器。我們分別測(cè)試了該致動(dòng)器受到光和濕度驅(qū)動(dòng)時(shí)的形變性能,并分析出其彎曲形變的機(jī)制,發(fā)現(xiàn)其無(wú)論是受到光照還是受到濕度刺激都表現(xiàn)出優(yōu)異的彎曲性能。二、我們利用紙便于打印的特性,提出了一種利用打印法制備的彩色紙基致動(dòng)器,該致動(dòng)器突破傳統(tǒng)致動(dòng)器顏色單一的缺點(diǎn),多彩的顏色使得該致動(dòng)器能對(duì)不同波長(zhǎng)的光照產(chǎn)生不同的響應(yīng)。三、我們利用了紙具有多孔結(jié)構(gòu)及柔韌性好的優(yōu)點(diǎn),制備出一種新型的能實(shí)現(xiàn)彎曲與自傳感功能的致動(dòng)器。該致動(dòng)器能對(duì)近紅外光照作出形變和電阻變化兩種響應(yīng),是一種具有傳感-形變性能的多功能致動(dòng)器。
【學(xué)位授予單位】：福建師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33
【圖文】：

Ｃ２）邋ＣＮＴ－紙／Ｂ０ＰＰ致動(dòng)器的制備逡逑在環(huán)境相對(duì)濕度（Ｒｅｌａｔｉｖｅ邋ｈｕｍｉｄｉｔｙ．邋ＲＨ邋）為６０％時(shí)，將ＢＯＰＰ膜貼附在碳納米逡逑管－紙艾合材料上，剪裁成所需大小，即得到ＣＮＴ－紙／Ｂ０ＰＰ致動(dòng)器，圖１－１為ＣＮＴ－逡逑紙／ＢＯＰＰ致動(dòng)器的制備流程圖。逡逑ＣＮＴｓ逡逑＾＾邐邋Ｗａｓｈ邋ａｗａｙ邋ａｃｉｄ邋＾邐逡逑Ｍｅａｔ邋ｔｏ邐ａｎｄ邋ｒｅｄｉｓｐｅｒｓｅ逡逑５０邋°Ｃ邋ｆｏｒ邋４ｈ邐ＣＮＴｓ邋ｉｎ邋ｗａｔｅｒ逡逑Ｍｉｘｅｄ逡逑ａｃｉｄ逡逑＾邋Ａｃｉｄ－ｔｒｅａｔｅｄ、邐逡逑ＣＮＴｓ邐Ｄｉｐ邋ｐａｐｅｒ邋ｉｎ逡逑ＢＯＰＰ邋ｆｉｌｍ邐ＣＮＴ邋ｓｏｌｕｔｉｏｎ邋／邐＼逡逑ａｎｄ邋ｄｒｙ逡逑一ｙ邐、逡逑ＣＮＴ－ｐａｐｅｒ逡逑ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ邋ｆｉｌｍ逡逑ｐａｐｅｒ逡逑圖１－１邋ＣＮＴ－紙／ＢＯＰＰ致動(dòng)器的制備流程圖逡逑－１３－逡逑

并將其放置到ＲＨ＝１４％的濕度控制腔內(nèi)，ＣＮＴ－紙／ＢＯＰＰ致動(dòng)器向ＣＮＴ－紙方向逡逑彎曲，在前６０ｓ內(nèi)曲率變化較快，之后變化速率下降并達(dá)到穩(wěn)態(tài)，曲率高達(dá)１．２邋ｃｍ－１，逡逑如圖１－３邋（ａ）左圖和圖１－３邋（ｃ）所示。若將致動(dòng)器重新置于ＲＨ＝６０％的環(huán)境中，致逡逑動(dòng)器將恢復(fù)到初始的平直狀態(tài)，如圖１－３邋（ａ）中圖所示。當(dāng)將致動(dòng)器放置到濕度為逡逑ＲＨ＝９０°／。的濕度控制腔內(nèi)，ＣＮＴ－紙／ＢＯＰＰ致動(dòng)器向ＢＯＰＰ方向彎曲，在前６０ｓ內(nèi)曲逡逑率變化較快，之后變化速率下降并達(dá)到穩(wěn)態(tài)，曲率高達(dá)１．１邋ｃｉｒＴ１，如圖１－３邋（ａ）右逡逑圖和圖１－３邋（ｄ）所示。逡逑（ａ）邐（ｃ）邐（ｄ）邋邐逡逑＇２＼邐—■邐＿00ｒｒ逡逑９。．ｒ逡逑？．０．８邋？邐ｆ邐＾－０．４邐■邐＼逡逑Ｉ0－邐／邐Ｉ＾ｅ．邐＼逡逑／邋￡邋－０．８邋■邋＼逡逑！0－／邐５，，．逡逑０．０邋！邋１邋２邐邋．邋．逡逑１４％邋ＲＨ邋６０％邋ＲＨ邋９０％邋ＲＨ邐０邋＊邋１0０邋＇邋２００邋＇邋３００邋＊邋４ｉ0邋＇邋５００邋６００邐０邐１００邋２００邋３００邋４００邋５００邋６００逡逑Ｔｉｍｅ邋（ｓ）邐Ｔｉｍｅ邋（ｓ）逡逑（ｂ）邐Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ邋ｆｉｂｅｒ逡逑＼邋Ｕ邐ＩＩ邐ｉ逡逑圖１－３邋（ａ）不同濕度下ＣＮＴ－紙／ＢＯＰＰ致動(dòng)器的光學(xué)照片：１４％邋（左圖），６０％邋（中圖），９０％逡逑（右圖）。（ｂ）濕度驅(qū)動(dòng)機(jī)制示意圖＾邐（ｃ）當(dāng)環(huán)境濕度從ＲＨ＝６０％變?yōu)椋遥龋剑保矗r(shí)致動(dòng)器曲逡逑率變化圖。（ｄ）當(dāng)環(huán)境濕度從ＲＨ＝６０％變?yōu)椋遥龋剑梗埃r(shí)致動(dòng)器曲率變化圖。逡逑－１６－逡逑

可設(shè)計(jì)制作出各種形狀，如圖２－１邋（ｂ）邋－邋（ｄ）所示。無(wú)法重復(fù)使用是上逡逑述自折疊的聚合物膜的一個(gè)缺陷，其彎曲基于ＰＳ膜不可逆的相變。若每次使用都逡逑要更換一次材料，將是一種浪費(fèi)資源的表現(xiàn)，該缺點(diǎn)將對(duì)其更廣泛的應(yīng)用造成限制。逡逑上述器件給予我們一個(gè)新的思路，彩色器件不僅會(huì)給人眼前一新的時(shí)尚感，不逡逑．同顏色對(duì)不同波長(zhǎng)光的不同吸收，還會(huì)給予器件光選擇的，性，利于其在仿生學(xué)、偽裝領(lǐng)域等的應(yīng)用。逡逑

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本文編號(hào)：2772630