(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210632648.5 (22)申请日 2022.06.06 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 邹俊　仲一丁　唐威　杨华勇　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. B25J 9/00(2006.01) C08L 83/04(2006.01) C08K 9/10(2006.01) C08K 3/22(2006.01) C08K 3/38(2006.01)B32B 33/00(2006.01) B32B 7/12(2006.01) (54)发明名称 一种温致变色液气相变柔性驱动器及其制 备方法 (57)摘要 本发明公开了一种温致变色液气相变柔性 驱动器及其制备方法。 驱动器包括应变限制层和 主动层， 应变限制层由温致变色外壳和其包裹的 磁响应芯组成， 主动层中埋入有电阻丝； 在加热 时， 主动层与应变限制层产生的不同的体积变化 导致在两层之间产生失配变形， 实现驱动器的可 逆变形； 同时， 在主动层和应变限制层中添加的 温致变色微胶囊产生颜色变化， 实现驱动器的可 逆变色； 在 施加驱动磁场时， 实现驱动器的运动。 本发明的驱动器， 是一种使用硅胶基复合材料的 可拉伸的变色柔性驱动器， 具有可拉伸、 多功能、 结构简单、 制造方便、 不易泄露、 工作温度低的优 点， 在软体 机器人领域具有较大的应用前 景。 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 CN 114918905 A 2022.08.19 CN 114918905 A 1.一种温致变色液气相变柔性驱动 器， 其特征在于： 包括应变限制层(1)和主动层(2)， 所述应变限制层(1)和主动层(2)通过粘结进行连接； 所述应变限制层(1)主要由温致变色 外壳(3)和磁响应芯(4)组成， 所述磁响应芯(4)正好内嵌在温致变色外壳(3)的壳体内； 所 述主动层(2)主要由温致变 色液气相变复合材料(5)和电阻丝(6)组成， 所述电阻丝(6)内嵌 在温致变色液气相变复合材 料(5)内部 。 2.根据权利要求1所述的一种温致变色液气相变柔性驱动器， 其特征在于： 所述应变限 制层(1)和主动层(2)粘 结时， 应变限制层(1)的纵向中心轴 与主动层(2)的纵向中心轴之间 的夹角为θ， 且0 °≤θ ≤180 °。 3.根据权利要求1所述的一种温致变色液气相变柔性驱动器， 其特征在于： 所述电阻丝 (6)为螺旋状。 4.根据权利要求1所述的一种温致变色液气相变柔性驱动器， 其特征在于： 所述应变限 制层(1)和主动层(2)的平面形状为长方 形或者椭圆形。 5.根据权利要求1所述的一种温致变色液气相变柔性驱动器， 其特征在于： 所述温致变 色液气相变复合材料(5)的组分包括： 质量分数为24％ ‑57％的低沸点流体、 质量分数为 1％‑5％的温致变 色微胶囊和质量分数为42％ ‑75％的低硬度双组分硅橡胶， 所述低沸点流 体为沸点在20℃ ‑100℃之间的流体， 所述低硬度双 组分硅橡胶为邵氏硬度在0010 ‑0050之 间的双组分硅橡胶， 所述低硬度双组分硅橡胶中A、 B组分的混合质量比例为1:1； 所述磁响 应芯(4)主要由磁响应硅胶复合材料构成， 所述磁响应硅胶复合材料的组分包括： 质量分数 为0.01％ ‑62％的Fe3O4粉末、 质量分数为0.01％ ‑70％的NdFeB粉末和质量分数为20％ ‑80％ 的高硬度双组分硅橡胶， 所述高硬度双组分硅橡胶为邵氏硬度在10A ‑50A之间的双组分硅 橡胶， 所述高硬度双组分硅胶的A、 B组分的混合质量比例为 1:1； 所述 温致变色外壳(3)主要 由温致变色硅胶 复合材料构成， 所述温致变色硅胶复合材料 的组分包括： 质量分数为1％ ‑ 5％的温致变色微胶囊和质量分数为95％ ‑99％的高硬度双组分硅 橡胶。 6.应用于权利要求1 ‑5任一所述一种温致变色液气相变柔性驱动器的制备方法， 其特 征在于： 所述制备 方法具体包括以下 过程： 步骤1)： 制备主动层(2)， 首先在主动层(2)的模具中预先放置缠绕成螺旋状的电阻丝 (6)， 再配置温致变色液气相变复合材料(5)的前体溶液， 然后将配置好的温致变色液气相 变复合材 料(5)前体溶 液浇筑在主动层(2)的模具中， 固化制成主动层(2)； 步骤2)： 制备应变限制层(1)， 首先配置磁响应硅胶复合材料的前体材料， 然后将配置 好的磁响应硅胶 复合材料前体材料浇筑在磁响应芯(4)的模具中， 然后固化制成磁响应芯 (4)， 再将制成的磁响应 芯(4)放入应变限制层(1)的模 具中， 然后配置温致变 色硅胶复合材 料的前体溶液， 再将配置好的温致变色硅胶复合材料前体溶液浇筑在放置有磁响应芯(4) 的应变限制层(1)的模具中， 然后固化制成应 变限制层(1)； 步骤3)： 首先按照预先设定的夹角 θ将应变限制 层(1)粘结到预拉伸后 被固定在夹具上 的主动层(2)上， 再采用未固化的低硬度双组分硅橡胶将主动层(2)和应变限制层(1)进行 粘结并固定住主动层(2)和 应变限制层(1)； 待低硬度双组分硅橡胶固化后， 释放被固定在 夹具上的主动层(2)和应变限制层(1)， 并对粘结在一起的主动层(2)和应变限制层(1)整体 进行修剪； 根据预先设定的夹角 θ进行如下判断： 若夹角大小满足θ＝0 °或者θ＝180 °， 且不 经过预拉伸直接粘结主动层(2)和应变限制层(1)， 则形成初始为平面的模式一柔性驱动权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114918905 A 2器； 若夹角大小满足θ＝0 °或者θ＝180 °， 且将主动层(2)沿自身纵向中心轴方向进行单轴预 拉伸后与应变限制层(1)以预先设定的夹角 θ进行粘 结， 将主动层(2)和应变限制层(1)从夹 具上取下后， 形成初始为弧形的模式二柔性驱动器； 若夹角大小满足0 °＜θ＜180 °， 且将主 动层(2)沿自身纵向中心轴方向进 行单轴预拉伸后与应变限制层(1)以预先设定的夹角 θ进 行粘结， 将主动层(2)和应变限制层(1)从夹具上取下后， 形成初始为螺旋形的模式三柔性 驱动器； 步骤4)： 对步骤3)制成的柔性驱动器进行加热， 使得柔性驱动器发生弯曲或旋转变形 同时发生变色进而驱动柔性驱动器； 或者对步骤3)制成的柔性驱动器施加驱动磁场， 使得 柔性驱动器发生 运动进而驱动柔 性驱动器， 且所述驱动磁场由直 流磁场或者磁铁提供。 7.根据权利要求6所述的一种温致变色液气相变柔性驱动器的制备方法， 其特征在于： 所述步骤1)配置温致变色液气相变复合材料(5)时先将低沸点流体、 温致变色微胶囊与低 硬度双组分硅橡胶的A组分均匀混合， 再将低硬度双组分硅橡胶的B组分加入进来均匀混 合。 8.根据权利要求6所述的一种温致变色液气相变柔性驱动器的制备方法， 其特征在于： 步骤3)中， 所述预先设定的夹角 θ为应变限制层(1)的纵向中心轴与主动层(2)的纵向中心 轴之间的夹角 θ 。 9.根据权利要求6所述的一种温致变色液气相变柔性驱动器的制备方法， 其特征在于： 步骤4)中， 所述加热为使用外界加热或者使用焦耳热加热或者使用磁感应加热， 所述外界 加热为使用加热板或者热风枪加热， 所述焦耳热加热即向主动层(2)中埋入的电阻丝(6)通 电进行产热来加热， 所述磁感应加热为将 应变限制层(1)放置在高频交变磁场中， 使 得应变 限制层(1)中的F e3O4粉末在高频交变 磁场中进行产热来加热。 10.根据权利要求9所述的一种温致变色液气相变柔性驱动器的制备方法， 其特征在 于： 所述步骤4)中， 根据驱动方式进 行如下判断： 若对柔性 驱动器进 行加热， 主动层(2)内的 低沸点流体发生可逆的液气相变， 然后主动层(2)的体积开始膨胀， 应变限制层(1)体积不 变， 主动层(2)与应变限制层(1)之间产生失配变形， 最后柔性驱动器发生朝向应变限制层 (1)一侧的变形， 实现柔性 驱动器的驱动， 同时柔性驱动器内的温致变色微胶 囊发生颜色改 变， 实现柔性驱动器的变色； 柔性驱动器温度降低后， 柔性驱动器发生反方向变形进而恢复 原状， 同时柔性 驱动器的变色过程也反向进 行； 若对柔性 驱动器施加驱动磁场， 在驱动磁场 的作用下， 应变限制层(1)中的NdFeB粉末受到磁力作用， 进而带动整个柔性驱动器发生运 动。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114918905 A 3