專利名稱：一種光致彎曲導電執行器及其制備方法
一種光致彎曲導電執行器及其制備方法技術領域
本發明屬于仿生技術領域，具體涉及一種光致彎曲導電執行器及其制備方法。
背景技術：
20世紀中期以來，人們越來越深刻認識到大自然的啟發對于開發新材料和新技術的重要性，從而提出仿生學概念并建立仿生學這一學科。隨著研究的發展，仿生學已成為自然科學的一個前沿和焦點。進入21世紀以來，隨著機器人開發的不斷深入以及人們對智能機械系統的強烈需求，作為機器人和智能機械系統驅動關鍵的人工肌肉已成為仿生學的研究重點。肌肉是生物學上可收縮的組織，具有信息傳遞、能量傳遞、廢物排除、能量供給、傳動以及自我修復功能。而人工肌肉是指在光、電、熱、磁等激勵下會產生彎曲、伸縮等類似自然肌肉的力學形變的材料，可廣泛用于仿生機器人、開關、傳感器等。
人類很早就致力于仿生物肌肉和人工肌肉的研發了。研發初期，形狀記憶合金被嘗試作為人工肌肉材料，雖然它具有高能量密度和低比重等特點，但是同樣存在許多不利因素，比如形變不可預知 性，響應速度慢以及使用尺寸受限等，這些都制約了其在人工肌肉材料方面的發展。點火星陶瓷因響應速度較形狀記憶合金快，成為了人工肌肉的另一個備選材料，但是由于脆性大，只能獲得小于1%的應變，發展也受到限制。由于材料的問題，人工肌肉一度陷入緩慢發展期，直到一類新型材料電活性聚合物(Electroactive polymers, ΕΑΡ)的出現。EAP可以產生的應變比電活性陶瓷大兩個數量級，并且較形狀記憶金屬響應快、密度小、回彈性大，另外具有類似生物肌肉的高抗撕裂強度及固有的振動阻尼性能等。 從上個世界90年初開始，基于電活性聚合物材料的人工肌肉驅動器得到快速發展。電活性聚合物材料是指能夠在電流、電壓或電場作用下產生物理形變的聚合物材料，其顯著特征是能將電能轉換為機械能。
2003年，Ikeda和俞燕蕾等人首先報道了光致彎曲液晶彈性體薄膜，研究了紫外光和可見光照射后向列相液晶彈性體薄膜的彎曲和恢復行為。觀察液晶彈性體薄膜在紫外光的照射下朝著入射光方向彎曲，可見光照射后薄膜恢復到最初的平展狀態。他們發現薄膜的彎曲行為是各向異性的，只沿著摩擦方向彎曲，而且加熱和采用量溶劑溶脹的方法以促進分子鏈段得運動對實現光致彎曲很重要。隨后，他們進一步實現了液晶彈性體薄膜的方向可控光致彎曲，使得多疇向列相液晶彈性體薄膜可沿著任意方向重復的彎曲。與二維運動模式的光致收縮相比，光致彎曲模式在人工手臂，微型機器人的應用方面更具優勢。光致彎曲薄膜的出現有效的將光能轉換為機械能。日本東京工業大學池田富樹利用光致彎曲發明了光驅動馬達。只要馬達的一邊持續照射紫外線，在另外一段持續照射可見光，馬達即可持續運轉。利用光能這一可再生能源，并直接將其轉換為機械能將會進一步的促進人工智能材料領域的發展。但是，目前的研究主要是通過光致彎曲產生的薄膜形變，進而作為執行器的動力，通常照明裝置也是另外搭建的平臺，從而未能真正實現光致彎曲執行器或機器人的一體化和微型化。
到目前為止，基于光致彎曲聚合物材料的導電執行器還沒有任何相關的報道。該光致彎曲導電執行器可以有機的將光致彎曲執行器和新型導電薄膜結合在一起，為實現光致彎曲執行器一體化工作開展提供基礎支持。因此，如果能夠制備光致彎曲導電執行器就可以實現光致彎曲執行器一體化和微型化，加快光致彎曲材料在人工肌肉領域的更為廣泛的應用和更快速的發展。

發明內容
本發明所要解決的的技術問題是如何提供一種光致彎曲導電執行器及其制備方法，該光致彎曲導電執行器既可以作為光致彎曲執行器，又可以作為作為導電薄膜實現導通電路功能，進而可以應用于實現光致彎曲執行器與光源一體化技術上。本發明的技術方案為
一種光致彎曲導電執行器，由下至上分別是光致彎曲執行器、粘結層和導電層，所述光致彎曲執行器為光致彎曲聚合物材料，所述粘結層為需要雙重固化的膠粘劑。進一步地，所述需要雙重固化的膠粘劑為紫外光固化-熱固化體系、紫外光固化-微波固化體系、紫外光固化-厭氧固化體系或紫外光固化-電子束固化體系中的一種。進一步地，所述光致彎曲聚合物材料為交聯液晶聚合物、液晶凝膠、液晶彈性體、單相液晶或多相液晶中的一種或者多種。進一步地，所述導電層的厚度小于或等于200 nm。進一步地，所述導電層為石墨烯、碳納米管、金屬單質納米線、金屬合金納米線、金屬異質結納米線、氧化鋅或聚合物電極材料中的一種或多種。進一步地，所述金屬單質納米線為鐵納米線、銅納米線、銀納米線、金納米線、鋁納米線、鎳納米線、鈷納米線、錳納米線、鎘納米線、銦納米線、錫納米線、鎢納米線或鉬納米線中的一種。進一步地，所述金屬合金納米線為銅鐵合金納米線、銀鐵合金納米線、金鐵合金納米線、招鐵合金納米線、鎳鐵合金納米線、鈷鐵合金納米線、猛鐵合金納米線、鎘鐵合金納米線、銦鐵合金納米線、錫鐵合金納米線、鎢鐵合金納米線、鉬鐵合金納米線、銀銅合金納米線、金銅合金納米線、鋁銅合金納米線、鎳銅合金納米線、鈷銅合金納米線、錳銅合金納米線、鎘銅合金納米線、銀銅合金納米線、錫銅合金納米線、鎢銅合金納米線、鉬銅合金納米線、金銀合金納米線、鋁銀合金納米線、鎳銀合金納米線、鈷銀合金納米線、錳銀合金納米線、鎘銀合金納米線、銦銀合金納米線、錫銀合金納米線、鎢銀合金納米線、鉬銀合金納米線、招金合金納米線、鎳金合金納米線、鈷金合金納米線、猛金合金納米線、鎘金合金納米線、銦金合金納米線、錫金合金納米線、鶴金合金納米線、鈷鎳合金納米線、猛鎳合金納米線、鎘鎳合金納米線、銦鎳合金納米線、錫鎳合金納米線、鎢鎳合金納米線、鉬鎳合金納米線、鎘錳合金納米線、銦錳合金納米線、錫錳合金納米線、鎢錳合金納米線、鉬錳合金納米線、銦鎘合金納米線、錫鎘合金納米線、鎢鎘合金納米線、鉬鎘合金納米線、錫銦合金納米線、鎢銦合金納米線、鉬銦合金納米線、鎢錫合金納米線、鉬錫合金納米線或鉬鎢合金納米線中的一種。進一步地，所述金屬異質結納米線為銅鐵異質結納米線、銀鐵異質結納米線、金鐵異質結納米線、鋁鐵異質結納米線、鎳鐵異質結納米線、鈷鐵異質結納米線、錳鐵異質結納米線、鎘鐵異質結納米線、銦鐵異質結納米線、錫鐵異質結納米線、鎢鐵異質結納米線、鉬鐵異質結納米線、銀銅異質結納米線、金銅異質結納米線、鋁銅異質結納米線、鎳銅異質結納米線、鈷銅異質結納米線、錳銅異質結納米線、鎘銅異質結納米線、銀銅異質結納米線、錫銅異質結納米線、鎢銅異質結納米線、鉬銅異質結納米線、金銀異質結納米線、鋁銀異質結納米線、鎳銀異質結納米線、鈷銀異質結納米線、錳銀異質結納米線、鎘銀異質結納米線、銦銀異質結納米線、錫銀異質結納米線、鎢銀異質結納米線、鉬銀異質結納米線、鋁金異質結納米線、鎳金異質結納米線、鈷金異質結納米線、錳金異質結納米線、鎘金異質結納米線、銦金異質結納米線、錫金異質結納米線、鎢金異質結納米線、鈷鎳異質結納米線、錳鎳異質結納米線、鎘鎳異質結納米線、銦鎳異質結納米線、錫鎳異質結納米線、鎢鎳異質結納米線、鉬鎳異質結納米線、鎘錳異質結納米線、銦錳異質結納米線、錫錳異質結納米線、鎢錳異質結納米線、鉬錳異質結納米線、銦鎘異質結納米線、錫鎘異質結納米線、鎢鎘異質結納米線、鉬鎘異質結納米線、錫銦異質結納米線、鎢銦異質結納米線、鉬銦異質結納米線、鎢錫異質結納米線、鉬錫異質結納米線或鉬鎢異質結納米線中的一種。
進一步地，所述聚合電極材料為聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)或 3，4-聚乙烯二氧噻吩。
進一步地，所述紫外光固化-熱固化體系為自由基型紫外光固化-熱固化體系或陽離子型紫外光固化-熱固化體系。
其中自由基型紫外光固化-熱固化體系原料包括以下重量份的組份不飽和聚酯樹脂或者丙烯酸系樹脂或者多硫醇一多烯 3(Γ40份環氧樹脂類或異氰酸酯類或氨基樹脂類或自由基熱固化劑 45份苯乙烯及其衍生物或者單官能團或多官能團丙烯酸O. 2^3份光引發劑O. Γ3份 光敏劑和助劑O. 2飛份固化過程為先進行紫外光固化，接著進行加熱固化，再進行紫外光固化；或者先進行加熱固化，接著進行紫外光固化，再加熱固化；陽離子型紫外光固化-熱固化體系原料包括以下重量份的組份環氧樹脂或改性環氧樹脂35 45份環氧樹脂類或異氰酸酯類或氨基樹脂類或自由基熱固化劑4(Γ45份稀釋劑O. 4、份陽離子光引發劑O.廣3份光敏劑和助劑O. 2^3份固化過程是先進行紫外光固化，接著進行加熱固化，再進行紫外光固化；或者先進行加熱固化，接著進行紫外光固化，再加熱固化；所述自由基型紫外光固化-微波固化體系，原料包括以下重量份的組份不飽和聚酯樹脂或者丙烯酸系樹脂或者多硫醇一多烯 3(Γ40份環氧樹脂類或異氰酸酯類或氨基樹脂類或自由基熱固化劑35 45份苯乙烯及其衍生物或者單官能團或多官能團丙烯酸O. 2^3份光引發劑O. Γ3份光敏劑和助劑O. 2飛份固化過程為先進行紫外光固化，接著進行微波固化，再進行紫外光固化；或者先進行微波固化，接著進行紫外光固化，再加熱或微波固化；
陽離子型紫外光固化-微波固化體系原料包括以下重量份的組份
環氧樹脂或改性環氧樹脂35 45份
環氧樹脂類或異氰酸酯類或氨基樹脂類或自由基熱固化劑4(Γ45份 稀釋劑O. 4、份
陽離子光引發劑O.廣3份
光敏劑和助劑O. 2^3份
固化過程是先進行紫外光固化，接著進行微波固化，再進行紫外光固化；或者先進行微波固化，接著進行紫外光固化，再加熱或微波固化； 所述紫外光固化-厭氧固化體系包括自由基紫外光固化-厭氧固化體系和陽離子型紫外光固化-厭氧固化體系，其中自由基型紫外光固化-厭氧固化體系原料包括以下重量份的組份
不飽和聚酯樹脂或者丙烯酸系樹脂或者多硫醇一多烯 55飛5份 雙甲基丙烯酸多縮醇酯或雙酚A環氧多縮醇酯2(Γ30份
苯乙烯及其衍生物或者單官能團或多官能團丙烯酸O. 2^3份
光引發劑O. Γ3份
光敏劑和助劑O. 2飛份
固化過程是首先進行紫外光固化，接著未受到光照且處于缺氧條件下的膠粘劑部分會自動進行厭氧固化反應，再進行紫外光固化；
陽離子型紫外光固化-厭氧固化體系原料包括以下重量份的組份
環氧樹脂或改性環氧樹脂6(Γ65份
雙甲基丙烯酸多縮醇酯或雙酚A環氧多縮醇酯25 30份
稀釋劑O. 4、份
陽離子光引發劑O.廣3份
光敏劑和助劑O. 2^3份
固化過程是首先進行紫外光固化，接著未受到光照且處于缺氧條件下的膠粘劑部分會自動進行厭氧固化反應，再進行紫外光固化；
所述紫外光固化-電子束固化體系包括自由基紫外光固化-電子束固化體系和陽離子型紫外光固化-電子束固化體系，其中自由基型紫外光固化-電子束固化體系原料包括以下重量份的組份
不飽和聚酯樹脂或者丙烯酸系樹脂或者多硫醇一多烯 35 40份 雙酚A型乙烯基酯樹脂等5(Γ55份
苯乙烯及其衍生物或者單官能團或多官能團丙烯酸O. 2^3份
光引發劑O. Γ3份
光敏劑和助劑O. 2飛份
固化過程是首先進行紫外光固化，接著在真空下進行電子束固化，再進行紫外光固
化；
陽離子型紫外光固化-電子束固化體系原料包括以下重量份的組份
環氧樹脂或改性環氧樹脂3(Γ35份雙酚A型乙烯基酯樹脂等5(Γ55份稀釋劑O. 4 6份陽離子光引發劑O.廣3份光敏劑和助劑O. 2^3份固化過程是首先進行紫外光固化，接著在真空下進行電子束固化，再進行紫外光固化。
本發明還提供了一種光致彎曲導電執行器的制備方法，包括以下步驟①對表面粗糙度小于Inm的剛性基板(如玻璃或硅片)進行清洗，清洗后用干燥氮氣吹干;②采取滴涂或旋涂或噴涂或自組裝或噴墨打印或絲網印刷或輥涂或的方式在潔凈的剛性基板上制備導電層；③在導電層上旋涂或噴涂粘結層，所述需要雙重固化的膠粘劑是通過兩個獨立的固化階段完成的，其中一個階段是通過紫外光固化反應，另一個階段是暗反應，所述需要雙重固化的膠粘劑包括紫外光固化-熱固化體系、紫外光固化-微波固化體系、紫外光固化-厭氧固化體系和紫外光固化-電子束固化體系，當使用紫外光固化-熱固化或者紫外光固化-微波固化體系時，采用的順序是先進行加熱固化或者微波固化，然后進行紫外光固化， 再進行加熱固化或者微波固化；或者先進行紫外光固化，然后進行加熱固化或者微波固化， 再進行紫外光固化；④在粘結層上滴涂或旋涂或噴涂光致彎曲聚合物材料，然后進行烘烤和紫外燈照射聚合處理； ⑤將制備好的光致彎曲導電執行器從剛性基板表面剝離；⑥用紫外線照射光致彎曲導電執行器，根據彎曲特性，確定材料液晶取向方向，然后沿取向方向切割材料至標準試件尺寸；⑦測試光致彎曲導電執行器的光致彎曲特性、方阻和表面形貌。
本發明與現有技術相比具有如下的有益效果通過制備同時具備光致彎曲能力和導電能力的光致彎曲導電執行器，可以實現光致彎曲執行器一體化和微型化，加快光致彎曲材料在人工肌肉領域中的更為廣泛的應用和更快速的發展。


圖1是本發明光致彎曲導電執行器的結構示意圖；其中，1、光致彎曲執行器，2、粘結層，3、導電層。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
本發明的技術方案是提供一種光致彎曲導電執行器及其制備方法，如圖1所示， 光致彎曲導電執行器的結構包括光致彎曲執行器1，粘結層2和導電層3。導電層3通過粘結層2有機與光致彎曲執行器I附著在一起。
本發明的光致彎曲導電執行器中的光致彎曲執行器I在紫外光照射下會彎曲，在可見光照射下會平展，并且可以進行反復多次彎曲和平展測試。光致彎曲材料采用交聯液晶聚合物、液晶凝膠、液晶彈性體、單相液晶、多相液晶中的一種或者多種。本發明的光致彎曲導電執行器中的導電層2要求有較好的導電性能，可見光透過率高，包括石墨烯、碳納米管、金屬單質納米線、金屬合金納米線、金屬異質結納米線、氧化鋅、聚合物電極材料中的一種或多種。采用本發明制備的光致彎曲導電執行器的結構如下
光致彎曲執行器/粘結層/導電層
實施例1
如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為多相液晶，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘齊U，導電層3為碳納米管，所述導電層的厚度為200 nm。整個器件結構描述為
多相液晶/雙重固化的膠粘劑/碳納米管 制備方法如下
①利用丙酮、乙醇溶液和去離子水對表面粗糙度小于Inm的玻璃基片表面進行超聲清洗，清洗后用干燥氮氣吹干；
②采用旋涂的方法制備碳納米管導電層，旋涂時轉速為1000轉/秒，時長30S，膜厚約為200 nm，然后對基片進行130°C熱退火；
③在碳納米管層旋涂需要雙重固化的膠粘劑，所述膠粘劑原料包括以下組份
丙烯酸系樹脂(自由基紫外固化劑)3(Γ40份
異氰酸酯(熱固化劑)35 45份
多官能團丙烯酸(稀釋劑)O. 2^3份
光引發劑O. Γ3份
光敏劑和助劑O. 2飛份；
④對玻璃基板表面進行紫外光固化處理30秒；
⑤對玻璃基板表面進行熱固化處理，溫度為1100C ；
⑥再次使用紫外光照射玻璃基板表面，進行光固化；
⑦將多相液晶滴涂在基板上，先將基板加熱至100°C，加熱10分鐘。然后降溫至清亮點84°C，用波長為545 nm，光強為2. 4 mff/cm2的紫外燈引發下聚合3小時固化。⑧將固化后的光致彎曲導電執行器從剛性玻璃上剝離下來，然后采用254 nm紫外線照射，根據彎曲特性，確定液晶取向方向，然后沿取向方向剪裁基板，獲得標準尺寸試件。⑨將做好的光致彎曲導電執行器放置在手套箱中進行測試，手套箱為99. 9 %的氮氣氛圍。主要測試光致彎曲導電執行器的光致彎曲特性及方阻。⑩采用SEM測試薄膜表面形貌。實施例2
如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為液晶凝膠，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘齊U，導電層3為銀納米線，所述導電層的厚度為180 nm。整個器件結構描述為
液晶凝膠/雙重固化的膠粘劑/銀納米線 所述膠粘劑原料包括以下組份
不飽和聚酯系樹脂(自由基紫外固化劑)3(Γ40份
環氧樹脂類(熱固化劑)35 45份多官能團丙烯酸(稀釋劑)O. 2^3份光引發劑O. Γ3份光敏劑和助劑O. 2飛份。
制備方法與實施例1相似。
實施例3如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為液晶彈性體，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘劑，導電層3為金納米線，所述導電層的厚度為160 nm。整個器件結構描述為液晶彈性體/雙重固化的膠粘劑/金納米線所述膠粘劑原料包括以下組份環氧樹脂(陽離子紫外光固化劑)35 45份氨基樹脂(熱固化劑)4(Γ45份稀釋劑(乙烯基醚單體)4. (T9份陽離子光引發劑(芳香碘鎗鹽)1. 2^3份 光敏劑和助劑O. 2^3份。
制備方法與實施例1相似。
實施例4如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為單相液晶，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘齊U，導電層3為銅納米線，所述導電層的厚度為140 nm。整個器件結構描述為單相液晶/雙重固化的膠粘劑/銅納米線所述膠粘劑原料包括以下組份多硫醇一多烯(自由基型紫外光固化劑)55 65份雙甲基丙烯酸多縮醇酯(厭氧固化劑)2(Γ30份單官能團丙烯酸(稀釋劑)O. 2^3份光引發劑O. Γ3份光敏劑和助劑O. 2飛份。
制備方法與實施例1相似。
實施例5如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為多相液晶，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘劑，導電層3為聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，所述導電層的厚度為120 nm。整個器件結構描述為多相液晶/雙重固化的膠粘劑/聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)所述膠粘劑原料包括以下組份環氧樹脂或改性環氧樹脂(陽離子型紫外光固化劑)(Γ35份雙酚A型乙烯基酯樹脂等(電子束固化劑)5(Γ55份稀釋劑(活性環氧樹脂)O. 4^6份陽離子光引發劑(芳香硫鎗鹽)O. Γ3份光敏劑和助劑O. 2 3份。
制備方法與實施例1相似。
實施例6如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為多相液晶，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘齊U，導電層3為聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)與銀納米線混合導電薄膜，所述導電層的厚度為100 nm。整個器件結構描述為
多相液晶/雙重固化的膠粘劑/聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)銀納
米線
所述膠粘劑原料包括以下組份
丙烯酸系樹脂(自由基紫外固化劑)3(Γ40份
異氰酸酯(熱固化劑)35 45份
多官能團丙烯酸(稀釋劑)O. 2^3份 光引發劑O. Γ3份
光敏劑和助劑O. 2飛份。制備方法與實施例1相似。實施例7
如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為單相液晶，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘齊U，導電層3為氧化鋅，所述導電層的厚度為80 nm。整個器件結構描述為
單相液晶/雙重固化的膠粘劑/氧化鋅 所述膠粘劑原料包括以下組份
丙烯酸系樹脂(自由基紫外固化劑)3(Γ40份
異氰酸酯(熱固化劑)35 45份
多官能團丙烯酸(稀釋劑)O. 2^3份
光引發劑O. Γ3份
光敏劑和助劑O. 2飛份。制備方法與實施例1相似。實施例8
如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為液晶彈性體，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘劑，導電層3為石墨烯與銀納米線混合導電薄膜，所述導電層的厚度為60 nm。整個器件結構描述為
液晶彈性體/雙重固化的膠粘劑/石墨烯與銀納米線混合導電薄膜 所述膠粘劑原料包括以下組份
不飽和聚酯系樹脂(自由基紫外固化劑) 3(Γ40份 環氧樹脂類(熱固化劑)35 45份
多官能團丙烯酸(稀釋劑)O. 2^3份
光引發劑O. Γ3份
光敏劑和助劑O. 2飛份
制備方法與實施例1相似。實施例9
如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為液晶凝膠，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘齊U，導電層3為聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)與石墨烯混合導電薄膜，所述導電層的厚度為40 nm。整個器件結構描述為液晶凝膠/雙重固化的膠粘劑/聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)與石墨烯混合導電薄膜所述膠粘劑原料包括以下組份環氧樹脂(陽離子紫外光固化劑)35 45份氨基樹脂(熱固化劑)4(Γ45份稀釋劑(乙烯基醚單體)4. (T9份陽離子光引發劑(芳香碘鎗鹽)1. 2^3份光敏劑和助劑O. 2^3份制備方法與實施例1相似。
實施例10如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為液晶彈性體，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘劑，導電層3為石墨烯，所述導電層的厚度為10 nm。整個器件結構描述為 液晶彈性體/雙重固化的膠粘劑/石墨烯所述膠粘劑原料包括以下組份多硫醇一多烯(自由基型紫外光固化劑)55 65份雙甲基丙烯酸多縮醇酯(厭氧固化劑)2(Γ30份單官能團丙烯酸(稀釋劑)O. 2^3份光引發劑O. Γ3份光敏劑和助劑O. 2飛份制備方法與實施例1相似。
實施例11如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為單相液晶，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘齊U，導電層3為金銀合金納米線，所述導電層的厚度為90 nm。整個器件結構描述為單相液晶/雙重固化的膠粘劑/金銀合金納米線所述膠粘劑原料包括以下組份環氧樹脂或改性環氧樹脂(陽離子型紫外光固化劑)(Γ35份雙酚A型乙烯基酯樹脂等(電子束固化劑)5(Γ55份稀釋劑(活性環氧樹脂)O. 4^6份陽離子光引發劑(芳香硫鎗鹽)O. Γ3份光敏劑和助劑O. 2^3份制備方法與實施例1相似。
實施例12如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為單相液晶，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘齊U，導電層3為金銀合金納米線與石墨烯混合導電薄膜，所述導電層的厚度為150 nm。整個器件結構描述為單相液晶/雙重固化的膠粘劑/金銀合金納米線與石墨烯混合導電薄膜所述膠粘劑原料包括以下組份丙烯酸系樹脂(自由基紫外固化劑)3(Γ40份異氰酸酯(熱固化劑)35 45份多官能團丙烯酸(稀釋劑)O. 2^3份
光引發劑O. Γ3份
光敏劑和助劑O. 2飛份
制備方法與實施例1相似。實施例13
如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為多相液晶，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘齊U，導電層3為金銅合金納米線，所述導電層的厚度為130 nm。整個器件結構描述為
多相液晶/雙重固化的膠粘劑/金銅合金納米線 所述膠粘劑原料包括以下組份
丙烯酸系樹脂(自由基紫外固化劑)3(Γ40份
異氰酸酯(熱固化劑)35 45份
多官能團丙烯酸(稀釋劑)O. 2^3份
光引發劑O. Γ3份
光敏劑和助劑O. 2飛份
制備方法與實施例1相似。實施例14
如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為多相液晶，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘齊U，導電層3為銀銅合金納米線，所述導電層的厚度為110 nm。整個器件結構描述為
多相液晶/雙重固化的膠粘劑/銀銅合金納米線 所述膠粘劑原料包括以下組份
環氧樹脂或改性環氧樹脂(陽離子型紫外光固化劑)(Γ35份 雙酚A型乙烯基酯樹脂等(電子束固化劑)5(Γ55份
稀釋劑(活性環氧樹脂)O. 4^6份
陽離子光引發劑(芳香硫鎗鹽)O. Γ3份
光敏劑和助劑O. 2^3份
制備方法與實施例1相似。實施例15
如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為液晶彈性體，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘劑，導電層3為鎳銀合金納米線，所述導電層的厚度為110 nm。整個器件結構描述為液晶彈性體/雙重固化的膠粘劑/鎳銀合金納米線所述膠粘劑原料包括以下組份
環氧樹脂(陽離子紫外光固化劑)35 45份
氨基樹脂(熱固化劑)4(Γ45份
稀釋劑(乙烯基醚單體)4. (T9份
陽離子光引發劑(芳香碘鎗鹽)1. 2^3份
光敏劑和助劑O. 2^3份
制備方法與實施例1相似。實施例16
如圖1所示，基板的光致彎曲執行器I為液晶彈性體，粘結層2采用需要雙重固化的膠粘劑，導電層3為鎳金異質結納米線，所述導電層的厚度為110 nm。整個器件結構描述為 液晶彈性體/雙重固化的膠粘劑/鎳金異質結納米線所述膠粘劑原料包括以下組份環氧樹脂(陽離子紫外光固化劑)35 45份氨基樹脂(熱固化劑)4(Γ45份稀釋劑(乙烯基醚單體)4. (T9份陽離子光引發劑(芳香碘鎗鹽)1. 2^3份 光敏劑和助劑O. 2^3份制備方法與實施例1相似。
權利要求
1.一種光致彎曲導電執行器，其特征在于由下至上分別是光致彎曲執行器、粘結層和導電層，所述光致彎曲執行器為光致彎曲聚合物材料，所述粘結層為需要雙重固化的膠粘劑。
2.根據權利要求1所述的一種光致彎曲導電執行器，其特征在于所述光致彎曲聚合物材料為交聯液晶聚合物、液晶凝膠、液晶彈性體、單相液晶或多相液晶中的一種或者多種。
3.根據權利要求1所述的一種光致彎曲導電執行器，其特征在于所述需要雙重固化的膠粘劑為紫外光固化-熱固化體系、紫外光固化-微波固化體系、紫外光固化-厭氧固化體系或紫外光固化-電子束固化體系中的一種。
4.根據權利要求3所述的一種光致彎曲導電執行器，其特征在于所述紫外光固化-熱固化體系為自由基型紫外光固化-熱固化體系或陽離子型紫外光固化-熱固化體系;所述自由基型紫外光固化-熱固化體系原料包括以下重量份的組份不飽和聚酯樹脂或者丙烯酸系樹脂或者多硫醇一多烯 3(Γ40份環氧樹脂類或異氰酸酯類或氨基樹脂類或自由基熱固化劑 45份苯乙烯及其衍生物或者單官能團或多官能團丙烯酸O. 2^3份光引發劑O. Γ3份光敏劑和助劑O. 2飛份；固化過程為先進行紫外光固化，接著進行加熱固化，再進行紫外光固化；或者先進行加熱固化，接著進行紫外光固化，再加熱固化；所述陽離子型紫外光固化-熱固化體系原料包括以下重量份的組份環氧樹脂或改性環氧樹脂35 45份環氧樹脂類或異氰酸酯類或氨基樹脂類或自由基熱固化劑4(Γ45份稀釋劑O. 4、份陽離子光引發劑O.廣3份光敏劑和助劑O. 2^3份；固化過程是先進行紫外光固化，接著進行加熱固化，再進行紫外光固化；或者先進行加熱固化，接著進行紫外光固化，再加熱固化。
5.根據權利要求3所述的一種光致彎曲導電執行器，其特征在于紫外光固化-微波固化體系為自由基型紫外光固化-微波固化體系或陽離子型紫外光固化-微波固化體系；所述自由基型紫外光固化-微波固化體系，原料包括以下重量份的組份不飽和聚酯樹脂或者丙烯酸系樹脂或者多硫醇一多烯 3(Γ40份環氧樹脂類或異氰酸酯類或氨基樹脂類或自由基熱固化劑35 45份苯乙烯及其衍生物或者單官能團或多官能團丙烯酸O. 2^3份光引發劑O. Γ3份光敏劑和助劑O. 2飛份；固化過程為先進行紫外光固化，接著進行微波固化，再進行紫外光固化；或者先進行微波固化，接著進行紫外光固化，再加熱或微波固化；所述陽離子型紫外光固化-微波固化體系原料包括以下重量份的組份環氧樹脂或改性環氧樹脂環氧樹脂類或異氰酸酯類或氨基樹脂類或自由基熱固化劑4(Γ45份稀釋劑陽離子光引發劑光敏劑和助劑O. 4 9份 O. Γ3 份 O. 2 3份；固化過程是先進行紫外光固化，接著進行微波固化，再進行紫外光固化；或者先進行微波固化，接著進行紫外光固化，再加熱或微波固化。
6.根據權利要求3所述的一種光致彎曲導電執行器，其特征在于所述紫外光固化-厭氧固化體系為自由基紫外光固化-厭氧固化體系或陽離子型紫外光固化-厭氧固化體系；所述自由基型紫外光固化-厭氧固化體系原料包括以下重量份的組份不飽和聚酯樹脂或者丙烯酸系樹脂或者多硫醇一多烯 55飛5份雙甲基丙烯酸多縮醇酯或雙酚A環氧多縮醇酯2(Γ30份苯乙烯及其衍生物或者單官能團或多官能團丙烯酸O. 2^3份光引發劑O. Γ3份光敏劑和助劑O. 2飛份；固化過程是首先進行紫外光固化，接著未受到光照且處于缺氧條件下的膠粘劑部分會自動進行厭氧固化反應，再進行紫外光固化；所述陽離子型紫外光固化-厭氧固化體系原料包括以下重量份的組份環氧樹脂或改性環氧樹脂6(Γ65份雙甲基丙烯酸多縮醇酯或雙酚A環氧多縮醇酯25 30份稀釋劑O. 4、份陽離子光引發劑O.廣3份光敏劑和助劑O. 2^3份；固化過程是首先進行紫外光固化，接著未受到光照且處于缺氧條件下的膠粘劑部分會自動進行厭氧固化反應，再進行紫外光固化。
7.根據權利要求3所述的一種光致彎曲導電執行器，其特征在于所述紫外光固化-電子束固化體系為自由基紫外光固化-電子束固化體系或陽離子型紫外光固化-電子束固化體系；所述自由基型紫外光固化-電子束固化體系原料包括以下重量份的組份不飽和聚酯樹脂或者丙烯酸系樹脂或者多硫醇一多烯 35 40份雙酚A型乙烯基酯樹脂等5(Γ55份苯乙烯及其衍生物或者單官能團或多官能團丙烯酸O. 2^3份光引發劑O. Γ3份光敏劑和助劑O. 2飛份；固化過程是首先進行紫外光固化，接著在真空下進行電子束固化，再進行紫外光固化；所述陽離子型紫外光固化-電子束固化體系原料包括以下重量份的組份環氧樹脂或改性環氧樹脂3(Γ35份雙酚A型乙烯基酯樹脂等5(Γ55份稀釋劑O. 4 6份陽離子光引發劑O.廣3份光敏劑和助劑O. 2^3份；固化過程是首先進行紫外光固化，接著在真空下進行電子束固化，再進行紫外光固化。
8.根據權利要求1所述的一種光致彎曲導電執行器，其特征在于所述導電層的厚度小于或等于200 nm。
9.根據權利要求1所述的一種光致彎曲導電執行器，其特征在于所述導電層為石墨烯、碳納米管、金屬單質納米線、金屬合金納米線、金屬異質結納米線、氧化鋅或聚合物電極材料中的一種或多種。
10.根據權利要求9所述的一種光致彎曲導電執行器，其特征在于所述金屬單質納米線為鐵納米線、銅納米線、銀納米線、金納米線、鋁納米線、鎳納米線、鈷納米線、錳納米線、 鎘納米線、銦納米線、錫納米線、鎢納米線或鉬納米線中的一種。
11.根據權利要求10所述的一種光致彎曲導電執行器，其特征在于所述金屬合金納米線為銅鐵合金納米線、銀鐵合金納米線、金鐵合金納米線、鋁鐵合金納米線、鎳鐵合金納米線、鈷鐵合金納米線、錳鐵合金納米線、鎘鐵合金納米線、銦鐵合金納米線、錫鐵合金納米線、鎢鐵合金納米線、鉬鐵合金納米線、銀銅合金納米線、金銅合金納米線、鋁銅合金納米線、鎳銅合金納米線、鈷銅合金納米線、猛銅合金納米線、鎘銅合金納米線、銀銅合金納米線、錫銅合金納米線、鎢銅合金納米線、鉬銅合金納米線、金銀合金納米線、鋁銀合金納米線、鎳銀合金納米線、鈷銀合金納米線、錳銀合金納米線、鎘銀合金納米線、銦銀合金納米線、錫銀合金納米線、鎢銀合金納米線、鉬銀合金納米線、鋁金合金納米線、鎳金合金納米線、鈷金合金納米線、猛金合金納米線、鎘金合金納米線、銦金合金納米線、錫金合金納米線、鶴金合金納米線、鈷鎳合金納米線、猛鎳合金納米線、鎘鎳合金納米線、銦鎳合金納米線、錫鎳合金納米線、鶴鎳合金納米線、鉬鎳合金納米線、鎘猛合金納米線、銦猛合金納米線、錫錳合金納米線、鎢錳合金納米線、鉬錳合金納米線、銦鎘合金納米線、錫鎘合金納米線、鎢鎘合金納米線、鉬鎘合金納米線、錫銦合金納米線、鎢銦合金納米線、鉬銦合金納米線、鎢錫合金納米線、鉬錫合金納米線或鉬鎢合金納米線中的一種。
12.根據權利要求10所述的一種光致彎曲導電執行器，其特征在于所述金屬異質結納米線為銅鐵異質結納米線、銀鐵異質結納米線、金鐵異質結納米線、鋁鐵異質結納米線、 鎳鐵異質結納米線、鈷鐵異質結納米線、錳鐵異質結納米線、鎘鐵異質結納米線、銦鐵異質結納米線、錫鐵異質結納米線、鎢鐵異質結納米線、鉬鐵異質結納米線、銀銅異質結納米線、 金銅異質結納米線、鋁銅異質結納米線、鎳銅異質結納米線、鈷銅異質結納米線、錳銅異質結納米線、鎘銅異質結納米線、銀銅異質結納米線、錫銅異質結納米線、鎢銅異質結納米線、 鉬銅異質結納米線、金銀異質結納米線、鋁銀異質結納米線、鎳銀異質結納米線、鈷銀異質結納米線、錳銀異質結納米線、鎘銀異質結納米線、銦銀異質結納米線、錫銀異質結納米線、 鎢銀異質結納米線、鉬銀異質結納米線、鋁金異質結納米線、鎳金異質結納米線、鈷金異質結納米線、錳金異質結納米線、鎘金異質結納米線、銦金異質結納米線、錫金異質結納米線、 鎢金異質結納米線、鈷鎳異質結納米線、錳鎳異質結納米線、鎘鎳異質結納米線、銦鎳異質結納米線、錫鎳異質結納米線、鎢鎳異質結納米線、鉬鎳異質結納米線、鎘錳異質結納米線、 銦錳異質結納米線、錫錳異質結納米線、鎢錳異質結納米線、鉬錳異質結納米線、銦鎘異質結納米線、錫鎘異質結納米線、鎢鎘異質結納米線、鉬鎘異質結納米線、錫銦異質結納米線、 鎢銦異質結納米線、鉬銦異質結納米線、鎢錫異質結納米線、鉬錫異質結納米線或鉬鎢異質結納米線中的一種。
13.根據權利要求10所述的一種光致彎曲導電執行器，其特征在于所述聚合電極材料為聚(3，4-亞乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)或3，4-聚乙烯二氧噻吩。
14.一種光致彎曲導電執行器的制備方法，包括以下步驟①對表面粗糙度小于Inm的剛性基板進行清洗，清洗后用干燥氮氣吹干；②采取滴涂或旋涂或噴涂或自組裝或噴墨打印或絲網印刷或輥涂或的方式在潔凈的剛性基板上制備導電層；③在導電層上旋涂或噴涂粘結層，所述需要雙重固化的膠粘劑是通過兩個獨立的固化階段完成的，其中一個階段是通過紫外光固化反應，另一個階段是暗反應，所述需要雙重固化的膠粘劑包括紫外光固化-熱固化體系、紫外光固化-微波固化體系、紫外光固化-厭氧固化體系和紫外光固化-電子束固化體系，當使用紫外光固化-熱固化或者紫外光固化-微波固化體系時，采用的順序是先進行加熱固化或者微波固化，然后進行紫外光固化， 再進行加熱固化或者微波固化；或者先進行紫外光固化，然后進行加熱固化或者微波固化， 再進行紫外光固化；④在粘結層上滴涂或旋涂或噴涂光致彎曲聚合物材料，然后進行烘烤和紫外燈照射聚合處理。⑤將制備好的光致彎曲導電執行器從剛性基板表面剝離；⑥用紫外線照射光致彎曲導電執行器，根據彎曲特性，確定材料液晶取向方向，然后沿取向方向切割材料至標準試件尺寸；⑦測試光致彎曲導電執行器的光致彎曲特性、方阻和表面形貌。
全文摘要
本發明公開了一種光致彎曲導電執行器及其制備方法，由下至上分別是光致彎曲執行器、粘結層和導電層，所述光致彎曲執行器為光致彎曲聚合物材料，所述粘結層為需要雙重固化的膠粘劑。通過制備同時具備光致彎曲能力和導電能力的光致彎曲導電執行器，可以實現光致彎曲執行器一體化和微型化，加快光致彎曲材料在人工肌肉領域中的更為廣泛的應用和更快速的發展。
文檔編號B25J9/00GK102990644SQ20121050236
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者于軍勝, 馬柱, 黃偉, 周順良 申請人:電子科技大學