专利名称：一种光致弯曲导电执行器及其制备方法
一种光致弯曲导电执行器及其制备方法技术领域
本发明属于仿生技术领域，具体涉及一种光致弯曲导电执行器及其制备方法。
背景技术：
20世纪中期以来，人们越来越深刻认识到大自然的启发对于开发新材料和新技术的重要性，从而提出仿生学概念并建立仿生学这一学科。随着研究的发展，仿生学已成为自然科学的一个前沿和焦点。进入21世纪以来，随着机器人开发的不断深入以及人们对智能机械系统的强烈需求，作为机器人和智能机械系统驱动关键的人工肌肉已成为仿生学的研究重点。肌肉是生物学上可收缩的组织，具有信息传递、能量传递、废物排除、能量供给、传动以及自我修复功能。而人工肌肉是指在光、电、热、磁等激励下会产生弯曲、伸缩等类似自然肌肉的力学形变的材料，可广泛用于仿生机器人、开关、传感器等。
人类很早就致力于仿生物肌肉和人工肌肉的研发了。研发初期，形状记忆合金被尝试作为人工肌肉材料，虽然它具有高能量密度和低比重等特点，但是同样存在许多不利因素，比如形变不可预知 性，响应速度慢以及使用尺寸受限等，这些都制约了其在人工肌肉材料方面的发展。点火星陶瓷因响应速度较形状记忆合金快，成为了人工肌肉的另一个备选材料，但是由于脆性大，只能获得小于1%的应变，发展也受到限制。由于材料的问题，人工肌肉一度陷入缓慢发展期，直到一类新型材料电活性聚合物(Electroactive polymers, ΕΑΡ)的出现。EAP可以产生的应变比电活性陶瓷大两个数量级，并且较形状记忆金属响应快、密度小、回弹性大，另外具有类似生物肌肉的高抗撕裂强度及固有的振动阻尼性能等。 从上个世界90年初开始，基于电活性聚合物材料的人工肌肉驱动器得到快速发展。电活性聚合物材料是指能够在电流、电压或电场作用下产生物理形变的聚合物材料，其显著特征是能将电能转换为机械能。
2003年，Ikeda和俞燕蕾等人首先报道了光致弯曲液晶弹性体薄膜，研究了紫外光和可见光照射后向列相液晶弹性体薄膜的弯曲和恢复行为。观察液晶弹性体薄膜在紫外光的照射下朝着入射光方向弯曲，可见光照射后薄膜恢复到最初的平展状态。他们发现薄膜的弯曲行为是各向异性的，只沿着摩擦方向弯曲，而且加热和采用量溶剂溶胀的方法以促进分子链段得运动对实现光致弯曲很重要。随后，他们进一步实现了液晶弹性体薄膜的方向可控光致弯曲，使得多畴向列相液晶弹性体薄膜可沿着任意方向重复的弯曲。与二维运动模式的光致收缩相比，光致弯曲模式在人工手臂，微型机器人的应用方面更具优势。光致弯曲薄膜的出现有效的将光能转换为机械能。日本东京工业大学池田富树利用光致弯曲发明了光驱动马达。只要马达的一边持续照射紫外线，在另外一段持续照射可见光，马达即可持续运转。利用光能这一可再生能源，并直接将其转换为机械能将会进一步的促进人工智能材料领域的发展。但是，目前的研究主要是通过光致弯曲产生的薄膜形变，进而作为执行器的动力，通常照明装置也是另外搭建的平台，从而未能真正实现光致弯曲执行器或机器人的一体化和微型化。
到目前为止，基于光致弯曲聚合物材料的导电执行器还没有任何相关的报道。该光致弯曲导电执行器可以有机的将光致弯曲执行器和新型导电薄膜结合在一起，为实现光致弯曲执行器一体化工作开展提供基础支持。因此，如果能够制备光致弯曲导电执行器就可以实现光致弯曲执行器一体化和微型化，加快光致弯曲材料在人工肌肉领域的更为广泛的应用和更快速的发展。
发明内容
本发明所要解决的的技术问题是如何提供一种光致弯曲导电执行器及其制备方法，该光致弯曲导电执行器既可以作为光致弯曲执行器，又可以作为作为导电薄膜实现导通电路功能，进而可以应用于实现光致弯曲执行器与光源一体化技术上。本发明的技术方案为
一种光致弯曲导电执行器，由下至上分别是光致弯曲执行器、粘结层和导电层，所述光致弯曲执行器为光致弯曲聚合物材料，所述粘结层为需要双重固化的胶粘剂。进一步地，所述需要双重固化的胶粘剂为紫外光固化-热固化体系、紫外光固化-微波固化体系、紫外光固化-厌氧固化体系或紫外光固化-电子束固化体系中的一种。进一步地，所述光致弯曲聚合物材料为交联液晶聚合物、液晶凝胶、液晶弹性体、单相液晶或多相液晶中的一种或者多种。进一步地，所述导电层的厚度小于或等于200 nm。进一步地，所述导电层为石墨烯、碳纳米管、金属单质纳米线、金属合金纳米线、金属异质结纳米线、氧化锌或聚合物电极材料中的一种或多种。进一步地，所述金属单质纳米线为铁纳米线、铜纳米线、银纳米线、金纳米线、铝纳米线、镍纳米线、钴纳米线、锰纳米线、镉纳米线、铟纳米线、锡纳米线、钨纳米线或钼纳米线中的一种。进一步地，所述金属合金纳米线为铜铁合金纳米线、银铁合金纳米线、金铁合金纳米线、招铁合金纳米线、镍铁合金纳米线、钴铁合金纳米线、猛铁合金纳米线、镉铁合金纳米线、铟铁合金纳米线、锡铁合金纳米线、钨铁合金纳米线、钼铁合金纳米线、银铜合金纳米线、金铜合金纳米线、铝铜合金纳米线、镍铜合金纳米线、钴铜合金纳米线、锰铜合金纳米线、镉铜合金纳米线、银铜合金纳米线、锡铜合金纳米线、钨铜合金纳米线、钼铜合金纳米线、金银合金纳米线、铝银合金纳米线、镍银合金纳米线、钴银合金纳米线、锰银合金纳米线、镉银合金纳米线、铟银合金纳米线、锡银合金纳米线、钨银合金纳米线、钼银合金纳米线、招金合金纳米线、镍金合金纳米线、钴金合金纳米线、猛金合金纳米线、镉金合金纳米线、铟金合金纳米线、锡金合金纳米线、鹤金合金纳米线、钴镍合金纳米线、猛镍合金纳米线、镉镍合金纳米线、铟镍合金纳米线、锡镍合金纳米线、钨镍合金纳米线、钼镍合金纳米线、镉锰合金纳米线、铟锰合金纳米线、锡锰合金纳米线、钨锰合金纳米线、钼锰合金纳米线、铟镉合金纳米线、锡镉合金纳米线、钨镉合金纳米线、钼镉合金纳米线、锡铟合金纳米线、钨铟合金纳米线、钼铟合金纳米线、钨锡合金纳米线、钼锡合金纳米线或钼钨合金纳米线中的一种。进一步地，所述金属异质结纳米线为铜铁异质结纳米线、银铁异质结纳米线、金铁异质结纳米线、铝铁异质结纳米线、镍铁异质结纳米线、钴铁异质结纳米线、锰铁异质结纳米线、镉铁异质结纳米线、铟铁异质结纳米线、锡铁异质结纳米线、钨铁异质结纳米线、钼铁异质结纳米线、银铜异质结纳米线、金铜异质结纳米线、铝铜异质结纳米线、镍铜异质结纳米线、钴铜异质结纳米线、锰铜异质结纳米线、镉铜异质结纳米线、银铜异质结纳米线、锡铜异质结纳米线、钨铜异质结纳米线、钼铜异质结纳米线、金银异质结纳米线、铝银异质结纳米线、镍银异质结纳米线、钴银异质结纳米线、锰银异质结纳米线、镉银异质结纳米线、铟银异质结纳米线、锡银异质结纳米线、钨银异质结纳米线、钼银异质结纳米线、铝金异质结纳米线、镍金异质结纳米线、钴金异质结纳米线、锰金异质结纳米线、镉金异质结纳米线、铟金异质结纳米线、锡金异质结纳米线、钨金异质结纳米线、钴镍异质结纳米线、锰镍异质结纳米线、镉镍异质结纳米线、铟镍异质结纳米线、锡镍异质结纳米线、钨镍异质结纳米线、钼镍异质结纳米线、镉锰异质结纳米线、铟锰异质结纳米线、锡锰异质结纳米线、钨锰异质结纳米线、钼锰异质结纳米线、铟镉异质结纳米线、锡镉异质结纳米线、钨镉异质结纳米线、钼镉异质结纳米线、锡铟异质结纳米线、钨铟异质结纳米线、钼铟异质结纳米线、钨锡异质结纳米线、钼锡异质结纳米线或钼钨异质结纳米线中的一种。
进一步地，所述聚合电极材料为聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)或 3，4-聚乙烯二氧噻吩。
进一步地，所述紫外光固化-热固化体系为自由基型紫外光固化-热固化体系或阳离子型紫外光固化-热固化体系。
其中自由基型紫外光固化-热固化体系原料包括以下重量份的组份不饱和聚酯树脂或者丙烯酸系树脂或者多硫醇一多烯 3(Γ40份环氧树脂类或异氰酸酯类或氨基树脂类或自由基热固化剂 45份苯乙烯及其衍生物或者单官能团或多官能团丙烯酸O. 2^3份光引发剂O. Γ3份 光敏剂和助剂O. 2飞份固化过程为先进行紫外光固化，接着进行加热固化，再进行紫外光固化；或者先进行加热固化，接着进行紫外光固化，再加热固化；阳离子型紫外光固化-热固化体系原料包括以下重量份的组份环氧树脂或改性环氧树脂35 45份环氧树脂类或异氰酸酯类或氨基树脂类或自由基热固化剂4(Γ45份稀释剂O. 4、份阳离子光引发剂O.广3份光敏剂和助剂O. 2^3份固化过程是先进行紫外光固化，接着进行加热固化，再进行紫外光固化；或者先进行加热固化，接着进行紫外光固化，再加热固化；所述自由基型紫外光固化-微波固化体系，原料包括以下重量份的组份不饱和聚酯树脂或者丙烯酸系树脂或者多硫醇一多烯 3(Γ40份环氧树脂类或异氰酸酯类或氨基树脂类或自由基热固化剂35 45份苯乙烯及其衍生物或者单官能团或多官能团丙烯酸O. 2^3份光引发剂O. Γ3份光敏剂和助剂O. 2飞份固化过程为先进行紫外光固化，接着进行微波固化，再进行紫外光固化；或者先进行微波固化，接着进行紫外光固化，再加热或微波固化；
阳离子型紫外光固化-微波固化体系原料包括以下重量份的组份
环氧树脂或改性环氧树脂35 45份
环氧树脂类或异氰酸酯类或氨基树脂类或自由基热固化剂4(Γ45份 稀释剂O. 4、份
阳离子光引发剂O.广3份
光敏剂和助剂O. 2^3份
固化过程是先进行紫外光固化，接着进行微波固化，再进行紫外光固化；或者先进行微波固化，接着进行紫外光固化，再加热或微波固化； 所述紫外光固化-厌氧固化体系包括自由基紫外光固化-厌氧固化体系和阳离子型紫外光固化-厌氧固化体系，其中自由基型紫外光固化-厌氧固化体系原料包括以下重量份的组份
不饱和聚酯树脂或者丙烯酸系树脂或者多硫醇一多烯 55飞5份 双甲基丙烯酸多缩醇酯或双酚A环氧多缩醇酯2(Γ30份
苯乙烯及其衍生物或者单官能团或多官能团丙烯酸O. 2^3份
光引发剂O. Γ3份
光敏剂和助剂O. 2飞份
固化过程是首先进行紫外光固化，接着未受到光照且处于缺氧条件下的胶粘剂部分会自动进行厌氧固化反应，再进行紫外光固化；
阳离子型紫外光固化-厌氧固化体系原料包括以下重量份的组份
环氧树脂或改性环氧树脂6(Γ65份
双甲基丙烯酸多缩醇酯或双酚A环氧多缩醇酯25 30份
稀释剂O. 4、份
阳离子光引发剂O.广3份
光敏剂和助剂O. 2^3份
固化过程是首先进行紫外光固化，接着未受到光照且处于缺氧条件下的胶粘剂部分会自动进行厌氧固化反应，再进行紫外光固化；
所述紫外光固化-电子束固化体系包括自由基紫外光固化-电子束固化体系和阳离子型紫外光固化-电子束固化体系，其中自由基型紫外光固化-电子束固化体系原料包括以下重量份的组份
不饱和聚酯树脂或者丙烯酸系树脂或者多硫醇一多烯 35 40份 双酚A型乙烯基酯树脂等5(Γ55份
苯乙烯及其衍生物或者单官能团或多官能团丙烯酸O. 2^3份
光引发剂O. Γ3份
光敏剂和助剂O. 2飞份
固化过程是首先进行紫外光固化，接着在真空下进行电子束固化，再进行紫外光固
化；
阳离子型紫外光固化-电子束固化体系原料包括以下重量份的组份
环氧树脂或改性环氧树脂3(Γ35份双酚A型乙烯基酯树脂等5(Γ55份稀释剂O. 4 6份阳离子光引发剂O.广3份光敏剂和助剂O. 2^3份固化过程是首先进行紫外光固化，接着在真空下进行电子束固化，再进行紫外光固化。
本发明还提供了一种光致弯曲导电执行器的制备方法，包括以下步骤①对表面粗糙度小于Inm的刚性基板(如玻璃或硅片)进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干;②采取滴涂或旋涂或喷涂或自组装或喷墨打印或丝网印刷或辊涂或的方式在洁净的刚性基板上制备导电层；③在导电层上旋涂或喷涂粘结层，所述需要双重固化的胶粘剂是通过两个独立的固化阶段完成的，其中一个阶段是通过紫外光固化反应，另一个阶段是暗反应，所述需要双重固化的胶粘剂包括紫外光固化-热固化体系、紫外光固化-微波固化体系、紫外光固化-厌氧固化体系和紫外光固化-电子束固化体系，当使用紫外光固化-热固化或者紫外光固化-微波固化体系时，采用的顺序是先进行加热固化或者微波固化，然后进行紫外光固化， 再进行加热固化或者微波固化；或者先进行紫外光固化，然后进行加热固化或者微波固化， 再进行紫外光固化；④在粘结层上滴涂或旋涂或喷涂光致弯曲聚合物材料，然后进行烘烤和紫外灯照射聚合处理； ⑤将制备好的光致弯曲导电执行器从刚性基板表面剥离；⑥用紫外线照射光致弯曲导电执行器，根据弯曲特性，确定材料液晶取向方向，然后沿取向方向切割材料至标准试件尺寸；⑦测试光致弯曲导电执行器的光致弯曲特性、方阻和表面形貌。
本发明与现有技术相比具有如下的有益效果通过制备同时具备光致弯曲能力和导电能力的光致弯曲导电执行器，可以实现光致弯曲执行器一体化和微型化，加快光致弯曲材料在人工肌肉领域中的更为广泛的应用和更快速的发展。
图1是本发明光致弯曲导电执行器的结构示意图；其中，1、光致弯曲执行器，2、粘结层，3、导电层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
本发明的技术方案是提供一种光致弯曲导电执行器及其制备方法，如图1所示， 光致弯曲导电执行器的结构包括光致弯曲执行器1，粘结层2和导电层3。导电层3通过粘结层2有机与光致弯曲执行器I附着在一起。
本发明的光致弯曲导电执行器中的光致弯曲执行器I在紫外光照射下会弯曲，在可见光照射下会平展，并且可以进行反复多次弯曲和平展测试。光致弯曲材料采用交联液晶聚合物、液晶凝胶、液晶弹性体、单相液晶、多相液晶中的一种或者多种。本发明的光致弯曲导电执行器中的导电层2要求有较好的导电性能，可见光透过率高，包括石墨烯、碳纳米管、金属单质纳米线、金属合金纳米线、金属异质结纳米线、氧化锌、聚合物电极材料中的一种或多种。采用本发明制备的光致弯曲导电执行器的结构如下
光致弯曲执行器/粘结层/导电层
实施例1
如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为多相液晶，粘结层2采用需要双重固化的胶粘齐U，导电层3为碳纳米管，所述导电层的厚度为200 nm。整个器件结构描述为
多相液晶/双重固化的胶粘剂/碳纳米管 制备方法如下
①利用丙酮、乙醇溶液和去离子水对表面粗糙度小于Inm的玻璃基片表面进行超声清洗，清洗后用干燥氮气吹干；
②采用旋涂的方法制备碳纳米管导电层，旋涂时转速为1000转/秒，时长30S，膜厚约为200 nm，然后对基片进行130°C热退火；
③在碳纳米管层旋涂需要双重固化的胶粘剂，所述胶粘剂原料包括以下组份
丙烯酸系树脂(自由基紫外固化剂)3(Γ40份
异氰酸酯(热固化剂)35 45份
多官能团丙烯酸(稀释剂)O. 2^3份
光引发剂O. Γ3份
光敏剂和助剂O. 2飞份；
④对玻璃基板表面进行紫外光固化处理30秒；
⑤对玻璃基板表面进行热固化处理，温度为1100C ；
⑥再次使用紫外光照射玻璃基板表面，进行光固化；
⑦将多相液晶滴涂在基板上，先将基板加热至100°C，加热10分钟。然后降温至清亮点84°C，用波长为545 nm，光强为2. 4 mff/cm2的紫外灯引发下聚合3小时固化。⑧将固化后的光致弯曲导电执行器从刚性玻璃上剥离下来，然后采用254 nm紫外线照射，根据弯曲特性，确定液晶取向方向，然后沿取向方向剪裁基板，获得标准尺寸试件。⑨将做好的光致弯曲导电执行器放置在手套箱中进行测试，手套箱为99. 9 %的氮气氛围。主要测试光致弯曲导电执行器的光致弯曲特性及方阻。⑩采用SEM测试薄膜表面形貌。实施例2
如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为液晶凝胶，粘结层2采用需要双重固化的胶粘齐U，导电层3为银纳米线，所述导电层的厚度为180 nm。整个器件结构描述为
液晶凝胶/双重固化的胶粘剂/银纳米线 所述胶粘剂原料包括以下组份
不饱和聚酯系树脂(自由基紫外固化剂)3(Γ40份
环氧树脂类(热固化剂)35 45份多官能团丙烯酸(稀释剂)O. 2^3份光引发剂O. Γ3份光敏剂和助剂O. 2飞份。
制备方法与实施例1相似。
实施例3如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为液晶弹性体，粘结层2采用需要双重固化的胶粘剂，导电层3为金纳米线，所述导电层的厚度为160 nm。整个器件结构描述为液晶弹性体/双重固化的胶粘剂/金纳米线所述胶粘剂原料包括以下组份环氧树脂(阳离子紫外光固化剂)35 45份氨基树脂(热固化剂)4(Γ45份稀释剂(乙烯基醚单体)4. (T9份阳离子光引发剂(芳香碘鎗盐)1. 2^3份 光敏剂和助剂O. 2^3份。
制备方法与实施例1相似。
实施例4如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为单相液晶，粘结层2采用需要双重固化的胶粘齐U，导电层3为铜纳米线，所述导电层的厚度为140 nm。整个器件结构描述为单相液晶/双重固化的胶粘剂/铜纳米线所述胶粘剂原料包括以下组份多硫醇一多烯(自由基型紫外光固化剂)55 65份双甲基丙烯酸多缩醇酯(厌氧固化剂)2(Γ30份单官能团丙烯酸(稀释剂)O. 2^3份光引发剂O. Γ3份光敏剂和助剂O. 2飞份。
制备方法与实施例1相似。
实施例5如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为多相液晶，粘结层2采用需要双重固化的胶粘剂，导电层3为聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)，所述导电层的厚度为120 nm。整个器件结构描述为多相液晶/双重固化的胶粘剂/聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)所述胶粘剂原料包括以下组份环氧树脂或改性环氧树脂(阳离子型紫外光固化剂)(Γ35份双酚A型乙烯基酯树脂等(电子束固化剂)5(Γ55份稀释剂(活性环氧树脂)O. 4^6份阳离子光引发剂(芳香硫鎗盐)O. Γ3份光敏剂和助剂O. 2 3份。
制备方法与实施例1相似。
实施例6如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为多相液晶，粘结层2采用需要双重固化的胶粘齐U，导电层3为聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)与银纳米线混合导电薄膜，所述导电层的厚度为100 nm。整个器件结构描述为
多相液晶/双重固化的胶粘剂/聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)银纳
米线
所述胶粘剂原料包括以下组份
丙烯酸系树脂(自由基紫外固化剂)3(Γ40份
异氰酸酯(热固化剂)35 45份
多官能团丙烯酸(稀释剂)O. 2^3份 光引发剂O. Γ3份
光敏剂和助剂O. 2飞份。制备方法与实施例1相似。实施例7
如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为单相液晶，粘结层2采用需要双重固化的胶粘齐U，导电层3为氧化锌，所述导电层的厚度为80 nm。整个器件结构描述为
单相液晶/双重固化的胶粘剂/氧化锌 所述胶粘剂原料包括以下组份
丙烯酸系树脂(自由基紫外固化剂)3(Γ40份
异氰酸酯(热固化剂)35 45份
多官能团丙烯酸(稀释剂)O. 2^3份
光引发剂O. Γ3份
光敏剂和助剂O. 2飞份。制备方法与实施例1相似。实施例8
如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为液晶弹性体，粘结层2采用需要双重固化的胶粘剂，导电层3为石墨烯与银纳米线混合导电薄膜，所述导电层的厚度为60 nm。整个器件结构描述为
液晶弹性体/双重固化的胶粘剂/石墨烯与银纳米线混合导电薄膜 所述胶粘剂原料包括以下组份
不饱和聚酯系树脂(自由基紫外固化剂) 3(Γ40份 环氧树脂类(热固化剂)35 45份
多官能团丙烯酸(稀释剂)O. 2^3份
光引发剂O. Γ3份
光敏剂和助剂O. 2飞份
制备方法与实施例1相似。实施例9
如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为液晶凝胶，粘结层2采用需要双重固化的胶粘齐U，导电层3为聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)与石墨烯混合导电薄膜，所述导电层的厚度为40 nm。整个器件结构描述为液晶凝胶/双重固化的胶粘剂/聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)与石墨烯混合导电薄膜所述胶粘剂原料包括以下组份环氧树脂(阳离子紫外光固化剂)35 45份氨基树脂(热固化剂)4(Γ45份稀释剂(乙烯基醚单体)4. (T9份阳离子光引发剂(芳香碘鎗盐)1. 2^3份光敏剂和助剂O. 2^3份制备方法与实施例1相似。
实施例10如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为液晶弹性体，粘结层2采用需要双重固化的胶粘剂，导电层3为石墨烯，所述导电层的厚度为10 nm。整个器件结构描述为 液晶弹性体/双重固化的胶粘剂/石墨烯所述胶粘剂原料包括以下组份多硫醇一多烯(自由基型紫外光固化剂)55 65份双甲基丙烯酸多缩醇酯(厌氧固化剂)2(Γ30份单官能团丙烯酸(稀释剂)O. 2^3份光引发剂O. Γ3份光敏剂和助剂O. 2飞份制备方法与实施例1相似。
实施例11如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为单相液晶，粘结层2采用需要双重固化的胶粘齐U，导电层3为金银合金纳米线，所述导电层的厚度为90 nm。整个器件结构描述为单相液晶/双重固化的胶粘剂/金银合金纳米线所述胶粘剂原料包括以下组份环氧树脂或改性环氧树脂(阳离子型紫外光固化剂)(Γ35份双酚A型乙烯基酯树脂等(电子束固化剂)5(Γ55份稀释剂(活性环氧树脂)O. 4^6份阳离子光引发剂(芳香硫鎗盐)O. Γ3份光敏剂和助剂O. 2^3份制备方法与实施例1相似。
实施例12如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为单相液晶，粘结层2采用需要双重固化的胶粘齐U，导电层3为金银合金纳米线与石墨烯混合导电薄膜，所述导电层的厚度为150 nm。整个器件结构描述为单相液晶/双重固化的胶粘剂/金银合金纳米线与石墨烯混合导电薄膜所述胶粘剂原料包括以下组份丙烯酸系树脂(自由基紫外固化剂)3(Γ40份异氰酸酯(热固化剂)35 45份多官能团丙烯酸(稀释剂)O. 2^3份
光引发剂O. Γ3份
光敏剂和助剂O. 2飞份
制备方法与实施例1相似。实施例13
如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为多相液晶，粘结层2采用需要双重固化的胶粘齐U，导电层3为金铜合金纳米线，所述导电层的厚度为130 nm。整个器件结构描述为
多相液晶/双重固化的胶粘剂/金铜合金纳米线 所述胶粘剂原料包括以下组份
丙烯酸系树脂(自由基紫外固化剂)3(Γ40份
异氰酸酯(热固化剂)35 45份
多官能团丙烯酸(稀释剂)O. 2^3份
光引发剂O. Γ3份
光敏剂和助剂O. 2飞份
制备方法与实施例1相似。实施例14
如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为多相液晶，粘结层2采用需要双重固化的胶粘齐U，导电层3为银铜合金纳米线，所述导电层的厚度为110 nm。整个器件结构描述为
多相液晶/双重固化的胶粘剂/银铜合金纳米线 所述胶粘剂原料包括以下组份
环氧树脂或改性环氧树脂(阳离子型紫外光固化剂)(Γ35份 双酚A型乙烯基酯树脂等(电子束固化剂)5(Γ55份
稀释剂(活性环氧树脂)O. 4^6份
阳离子光引发剂(芳香硫鎗盐)O. Γ3份
光敏剂和助剂O. 2^3份
制备方法与实施例1相似。实施例15
如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为液晶弹性体，粘结层2采用需要双重固化的胶粘剂，导电层3为镍银合金纳米线，所述导电层的厚度为110 nm。整个器件结构描述为液晶弹性体/双重固化的胶粘剂/镍银合金纳米线所述胶粘剂原料包括以下组份
环氧树脂(阳离子紫外光固化剂)35 45份
氨基树脂(热固化剂)4(Γ45份
稀释剂(乙烯基醚单体)4. (T9份
阳离子光引发剂(芳香碘鎗盐)1. 2^3份
光敏剂和助剂O. 2^3份
制备方法与实施例1相似。实施例16
如图1所示，基板的光致弯曲执行器I为液晶弹性体，粘结层2采用需要双重固化的胶粘剂，导电层3为镍金异质结纳米线，所述导电层的厚度为110 nm。整个器件结构描述为 液晶弹性体/双重固化的胶粘剂/镍金异质结纳米线所述胶粘剂原料包括以下组份环氧树脂(阳离子紫外光固化剂)35 45份氨基树脂(热固化剂)4(Γ45份稀释剂(乙烯基醚单体)4. (T9份阳离子光引发剂(芳香碘鎗盐)1. 2^3份 光敏剂和助剂O. 2^3份制备方法与实施例1相似。
权利要求
1.一种光致弯曲导电执行器，其特征在于由下至上分别是光致弯曲执行器、粘结层和导电层，所述光致弯曲执行器为光致弯曲聚合物材料，所述粘结层为需要双重固化的胶粘剂。
2.根据权利要求1所述的一种光致弯曲导电执行器，其特征在于所述光致弯曲聚合物材料为交联液晶聚合物、液晶凝胶、液晶弹性体、单相液晶或多相液晶中的一种或者多种。
3.根据权利要求1所述的一种光致弯曲导电执行器，其特征在于所述需要双重固化的胶粘剂为紫外光固化-热固化体系、紫外光固化-微波固化体系、紫外光固化-厌氧固化体系或紫外光固化-电子束固化体系中的一种。
4.根据权利要求3所述的一种光致弯曲导电执行器，其特征在于所述紫外光固化-热固化体系为自由基型紫外光固化-热固化体系或阳离子型紫外光固化-热固化体系;所述自由基型紫外光固化-热固化体系原料包括以下重量份的组份不饱和聚酯树脂或者丙烯酸系树脂或者多硫醇一多烯 3(Γ40份环氧树脂类或异氰酸酯类或氨基树脂类或自由基热固化剂 45份苯乙烯及其衍生物或者单官能团或多官能团丙烯酸O. 2^3份光引发剂O. Γ3份光敏剂和助剂O. 2飞份；固化过程为先进行紫外光固化，接着进行加热固化，再进行紫外光固化；或者先进行加热固化，接着进行紫外光固化，再加热固化；所述阳离子型紫外光固化-热固化体系原料包括以下重量份的组份环氧树脂或改性环氧树脂35 45份环氧树脂类或异氰酸酯类或氨基树脂类或自由基热固化剂4(Γ45份稀释剂O. 4、份阳离子光引发剂O.广3份光敏剂和助剂O. 2^3份；固化过程是先进行紫外光固化，接着进行加热固化，再进行紫外光固化；或者先进行加热固化，接着进行紫外光固化，再加热固化。
5.根据权利要求3所述的一种光致弯曲导电执行器，其特征在于紫外光固化-微波固化体系为自由基型紫外光固化-微波固化体系或阳离子型紫外光固化-微波固化体系；所述自由基型紫外光固化-微波固化体系，原料包括以下重量份的组份不饱和聚酯树脂或者丙烯酸系树脂或者多硫醇一多烯 3(Γ40份环氧树脂类或异氰酸酯类或氨基树脂类或自由基热固化剂35 45份苯乙烯及其衍生物或者单官能团或多官能团丙烯酸O. 2^3份光引发剂O. Γ3份光敏剂和助剂O. 2飞份；固化过程为先进行紫外光固化，接着进行微波固化，再进行紫外光固化；或者先进行微波固化，接着进行紫外光固化，再加热或微波固化；所述阳离子型紫外光固化-微波固化体系原料包括以下重量份的组份环氧树脂或改性环氧树脂环氧树脂类或异氰酸酯类或氨基树脂类或自由基热固化剂4(Γ45份稀释剂阳离子光引发剂光敏剂和助剂O. 4 9份 O. Γ3 份 O. 2 3份；固化过程是先进行紫外光固化，接着进行微波固化，再进行紫外光固化；或者先进行微波固化，接着进行紫外光固化，再加热或微波固化。
6.根据权利要求3所述的一种光致弯曲导电执行器，其特征在于所述紫外光固化-厌氧固化体系为自由基紫外光固化-厌氧固化体系或阳离子型紫外光固化-厌氧固化体系；所述自由基型紫外光固化-厌氧固化体系原料包括以下重量份的组份不饱和聚酯树脂或者丙烯酸系树脂或者多硫醇一多烯 55飞5份双甲基丙烯酸多缩醇酯或双酚A环氧多缩醇酯2(Γ30份苯乙烯及其衍生物或者单官能团或多官能团丙烯酸O. 2^3份光引发剂O. Γ3份光敏剂和助剂O. 2飞份；固化过程是首先进行紫外光固化，接着未受到光照且处于缺氧条件下的胶粘剂部分会自动进行厌氧固化反应，再进行紫外光固化；所述阳离子型紫外光固化-厌氧固化体系原料包括以下重量份的组份环氧树脂或改性环氧树脂6(Γ65份双甲基丙烯酸多缩醇酯或双酚A环氧多缩醇酯25 30份稀释剂O. 4、份阳离子光引发剂O.广3份光敏剂和助剂O. 2^3份；固化过程是首先进行紫外光固化，接着未受到光照且处于缺氧条件下的胶粘剂部分会自动进行厌氧固化反应，再进行紫外光固化。
7.根据权利要求3所述的一种光致弯曲导电执行器，其特征在于所述紫外光固化-电子束固化体系为自由基紫外光固化-电子束固化体系或阳离子型紫外光固化-电子束固化体系；所述自由基型紫外光固化-电子束固化体系原料包括以下重量份的组份不饱和聚酯树脂或者丙烯酸系树脂或者多硫醇一多烯 35 40份双酚A型乙烯基酯树脂等5(Γ55份苯乙烯及其衍生物或者单官能团或多官能团丙烯酸O. 2^3份光引发剂O. Γ3份光敏剂和助剂O. 2飞份；固化过程是首先进行紫外光固化，接着在真空下进行电子束固化，再进行紫外光固化；所述阳离子型紫外光固化-电子束固化体系原料包括以下重量份的组份环氧树脂或改性环氧树脂3(Γ35份双酚A型乙烯基酯树脂等5(Γ55份稀释剂O. 4 6份阳离子光引发剂O.广3份光敏剂和助剂O. 2^3份；固化过程是首先进行紫外光固化，接着在真空下进行电子束固化，再进行紫外光固化。
8.根据权利要求1所述的一种光致弯曲导电执行器，其特征在于所述导电层的厚度小于或等于200 nm。
9.根据权利要求1所述的一种光致弯曲导电执行器，其特征在于所述导电层为石墨烯、碳纳米管、金属单质纳米线、金属合金纳米线、金属异质结纳米线、氧化锌或聚合物电极材料中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的一种光致弯曲导电执行器，其特征在于所述金属单质纳米线为铁纳米线、铜纳米线、银纳米线、金纳米线、铝纳米线、镍纳米线、钴纳米线、锰纳米线、 镉纳米线、铟纳米线、锡纳米线、钨纳米线或钼纳米线中的一种。
11.根据权利要求10所述的一种光致弯曲导电执行器，其特征在于所述金属合金纳米线为铜铁合金纳米线、银铁合金纳米线、金铁合金纳米线、铝铁合金纳米线、镍铁合金纳米线、钴铁合金纳米线、锰铁合金纳米线、镉铁合金纳米线、铟铁合金纳米线、锡铁合金纳米线、钨铁合金纳米线、钼铁合金纳米线、银铜合金纳米线、金铜合金纳米线、铝铜合金纳米线、镍铜合金纳米线、钴铜合金纳米线、猛铜合金纳米线、镉铜合金纳米线、银铜合金纳米线、锡铜合金纳米线、钨铜合金纳米线、钼铜合金纳米线、金银合金纳米线、铝银合金纳米线、镍银合金纳米线、钴银合金纳米线、锰银合金纳米线、镉银合金纳米线、铟银合金纳米线、锡银合金纳米线、钨银合金纳米线、钼银合金纳米线、铝金合金纳米线、镍金合金纳米线、钴金合金纳米线、猛金合金纳米线、镉金合金纳米线、铟金合金纳米线、锡金合金纳米线、鹤金合金纳米线、钴镍合金纳米线、猛镍合金纳米线、镉镍合金纳米线、铟镍合金纳米线、锡镍合金纳米线、鹤镍合金纳米线、钼镍合金纳米线、镉猛合金纳米线、铟猛合金纳米线、锡锰合金纳米线、钨锰合金纳米线、钼锰合金纳米线、铟镉合金纳米线、锡镉合金纳米线、钨镉合金纳米线、钼镉合金纳米线、锡铟合金纳米线、钨铟合金纳米线、钼铟合金纳米线、钨锡合金纳米线、钼锡合金纳米线或钼钨合金纳米线中的一种。
12.根据权利要求10所述的一种光致弯曲导电执行器，其特征在于所述金属异质结纳米线为铜铁异质结纳米线、银铁异质结纳米线、金铁异质结纳米线、铝铁异质结纳米线、 镍铁异质结纳米线、钴铁异质结纳米线、锰铁异质结纳米线、镉铁异质结纳米线、铟铁异质结纳米线、锡铁异质结纳米线、钨铁异质结纳米线、钼铁异质结纳米线、银铜异质结纳米线、 金铜异质结纳米线、铝铜异质结纳米线、镍铜异质结纳米线、钴铜异质结纳米线、锰铜异质结纳米线、镉铜异质结纳米线、银铜异质结纳米线、锡铜异质结纳米线、钨铜异质结纳米线、 钼铜异质结纳米线、金银异质结纳米线、铝银异质结纳米线、镍银异质结纳米线、钴银异质结纳米线、锰银异质结纳米线、镉银异质结纳米线、铟银异质结纳米线、锡银异质结纳米线、 钨银异质结纳米线、钼银异质结纳米线、铝金异质结纳米线、镍金异质结纳米线、钴金异质结纳米线、锰金异质结纳米线、镉金异质结纳米线、铟金异质结纳米线、锡金异质结纳米线、 钨金异质结纳米线、钴镍异质结纳米线、锰镍异质结纳米线、镉镍异质结纳米线、铟镍异质结纳米线、锡镍异质结纳米线、钨镍异质结纳米线、钼镍异质结纳米线、镉锰异质结纳米线、 铟锰异质结纳米线、锡锰异质结纳米线、钨锰异质结纳米线、钼锰异质结纳米线、铟镉异质结纳米线、锡镉异质结纳米线、钨镉异质结纳米线、钼镉异质结纳米线、锡铟异质结纳米线、 钨铟异质结纳米线、钼铟异质结纳米线、钨锡异质结纳米线、钼锡异质结纳米线或钼钨异质结纳米线中的一种。
13.根据权利要求10所述的一种光致弯曲导电执行器，其特征在于所述聚合电极材料为聚(3，4-亚乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)或3，4-聚乙烯二氧噻吩。
14.一种光致弯曲导电执行器的制备方法，包括以下步骤①对表面粗糙度小于Inm的刚性基板进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；②采取滴涂或旋涂或喷涂或自组装或喷墨打印或丝网印刷或辊涂或的方式在洁净的刚性基板上制备导电层；③在导电层上旋涂或喷涂粘结层，所述需要双重固化的胶粘剂是通过两个独立的固化阶段完成的，其中一个阶段是通过紫外光固化反应，另一个阶段是暗反应，所述需要双重固化的胶粘剂包括紫外光固化-热固化体系、紫外光固化-微波固化体系、紫外光固化-厌氧固化体系和紫外光固化-电子束固化体系，当使用紫外光固化-热固化或者紫外光固化-微波固化体系时，采用的顺序是先进行加热固化或者微波固化，然后进行紫外光固化， 再进行加热固化或者微波固化；或者先进行紫外光固化，然后进行加热固化或者微波固化， 再进行紫外光固化；④在粘结层上滴涂或旋涂或喷涂光致弯曲聚合物材料，然后进行烘烤和紫外灯照射聚合处理。⑤将制备好的光致弯曲导电执行器从刚性基板表面剥离；⑥用紫外线照射光致弯曲导电执行器，根据弯曲特性，确定材料液晶取向方向，然后沿取向方向切割材料至标准试件尺寸；⑦测试光致弯曲导电执行器的光致弯曲特性、方阻和表面形貌。
全文摘要
本发明公开了一种光致弯曲导电执行器及其制备方法，由下至上分别是光致弯曲执行器、粘结层和导电层，所述光致弯曲执行器为光致弯曲聚合物材料，所述粘结层为需要双重固化的胶粘剂。通过制备同时具备光致弯曲能力和导电能力的光致弯曲导电执行器，可以实现光致弯曲执行器一体化和微型化，加快光致弯曲材料在人工肌肉领域中的更为广泛的应用和更快速的发展。
文档编号B25J9/00GK102990644SQ20121050236
公开日2013年3月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者于军胜, 马柱, 黄伟, 周顺良 申请人:电子科技大学