基于MXene复合材料的多重响应致动器的制备与应用
近年来，致动器在人造肌肉、仿生设备和信息加密等方面的应用，吸引了众多研究者的注意，但是目前大多数的致动器多为单一刺激响应致动器，常用的双层结构致动器通常机械性能较差、形变量较小，无法满足复杂多变的使用环境。因此，我们设计了基于MXene复合材料能够对光热和湿度刺激均有响应的双层结构致动器，致动器具备优异的光热转化性能和良好的机械强度，能够在毫秒内对光热进行致动响应，同时能够对光热和湿度响应产生较大形变量。然后我们又设计了集成热致变色功能的光热响应致动器。具体工作如下:(1)通过层层组装的方法将MXene、聚（3，4-乙烯二氧噻吩聚苯）-乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)和聚乙烯醇(PVA)混合溶液在聚偏氟乙烯(PVDF)基底上聚合制备了双层结构致动器(MPP)。一方面PEDOT:PSS和PVA分子链插层在MXene的片层中，增大了可供水分子自由活动的空间。另一方面三者结合赋予致动器丰富的亲水官能团，从而提高了致动器的刺激响应性能。致动器具备良好的机械性能，在循环使用50次后依然保持良好的完整性和响应灵敏度。此外，得益于MXene独特的结构，致动器具备良好的光热转化性能，升温速度高达15℃/s。最后，利用致动器制作了仿生花模拟了植物开花的动态过程，又设计了智能窗帘能够针对晴天和下雨自动开关。这对于致动器在仿生软致动机器人方面的发展具有重要的意义。 (2)通过将浸泡过丁二炔(PCDA)溶液的聚丙烯(PP)薄膜作为基底，MXene和聚氨酯(PU)、聚（N-异丙基丙烯酰胺）(PNIPAM)混合物作为致动层制备了集成热致变色功能的光热刺激响应致动器。所制备的致动器具有优异的光热转化性能和良好的导电性，升温速率约为10℃/s，同时对光热致动有良好的循环稳定性。致动器在光照升温的部分可以发生明显蓝-红颜色转变。我们利用致动器制作了智能开关，采用光源对致动器进行远程操控实现电路的通路和断路，此外我们还设计了可以抬举物体的机械臂，机械臂可以抬起自身重量5倍的物体。将可视化的信号反馈功能集成到刺激响应致动器上对于软机器人发展具有重要意义。
致动器;制备工艺;双层结构;光热转化性能;机械性能;热致变色功能
北京化工大学
硕士
材料工程
万鹏博;漆奇
2021
中文
TP23;TP205
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）