一种磁性液态金属制备方法、微夹持器及夹持方法

本发明涉及一种磁性液态金属制备方法、采用该磁性液态金属的微夹持器及该微夹持器的夹持方法。

背景技术：

近年来，柔性机器人夹持器成为国内外研究的热点。传统的机器人夹持器都是用刚性材料制造的，但是在许多特定要求下会遇到许多限制，例如一些狭窄的通道、凹凸不平的地面，或者液体中的目标。而液态金属结合了液体与金属的优点，具有微型、轻便、灵活等特点，在柔性机器人夹持器领域具有极大的潜力。室温液态金属镓及其共晶合金，具有高导电/导热性、大表面张力、良好的流动性和低毒性；但是纯净的液态金属不具备变刚度的特性，因而无法直接应用于柔性机器人夹持器的研究。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种磁性液态金属制备方法、微夹持器及夹持方法，来解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种磁性液态金属制备方法，其包括以下步骤：

1)取重量份为a的液态金属放入容器；

2)取重量份为b的金属粉末放入容器，该金属粉末为单一不带磁性的铁磁金属或至少一种不带磁性的铁磁金属及其他金属的混合物；

3)在容器中加入酸溶液，直至淹没液态金属和金属粉末；

4)搅拌，直至液态金属和金属粉末充分混合；

5)加水清洗所述酸溶液，以去除所述酸溶液得到磁性液态金属。

优选的，所述液态金属为镓铟合金。

优选的，所述液态金属包括质量百分比为75％的镓和质量百分比为25％的铟。

优选的，所述酸溶液为盐酸。

优选的，所述b和a的比值范围为0.1～0.4；所述金属粉末为铁粉或铜铁合金粉。

本发明还提供一种微夹持器，其包括所述的磁性液态金属，其包括一碗形的爪手，所述磁性液态金属设置在所述爪手内，一电极连接所述磁性液态金属，还包括一可给所述磁性液态金属施加磁场的磁体。

优选的，所述爪手由树脂制成，所述爪手内壁上通过胶涂敷有铜粉，所述爪手上设置有至少一个供所述电极通过的通孔。

优选的，所述胶为压敏胶；所述爪手内壁上设置有若干个金属导线。

本发明还提供一种夹持方法，其包括所述的磁性液态金属，其包括以下步骤：

1)将物体置入电解液中；

2)滴入所述磁性液态金属；

3)通过电极给所述电解液通直流电，其中正极连接所述磁性液态金属，负极连接所述电解液，以使得所述磁性液态金属在所述电解液中扩散并包裹物体；

4)通过磁体给所述磁性液态金属施加磁力，使得所述磁性液态金属成为类固态；

5)移动所述磁性液态金属，以带动其中的所述物体移动，至目标位置；

6)去除磁体的磁力，并通过电极给所述电解液通电，其中负极连接所述磁性液态金属，正极连接所述电解液，以使得所述磁性液态金属恢复成液态，并以电极为中心集聚，以脱离所述物体。

优选的，所述电解液为氢氧化钠溶液；所述磁体为永磁体或电磁铁。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具有以下有益效果：制备的磁性液态金属的粘度和刚度可以迅速响应所施加磁场的刺激，并且具有从液体到半固体或固体的可逆变化。通过改变磁场强度，可以使杨氏模量从kpa级到mpa级的范围内进行调节，并且lmms内部铁密度更高时能达到gpa级。因而具备磁可控、变刚度特性，在柔性机器人领域具备无限潜力。

附图说明

图1是本发明的制备方法的流程示意图；

图2是本发明的微夹持器的正视结构示意图；

图3是本发明的微夹持器的仰视结构示意图；

图4是本发明的夹持方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

如图1所示，本发明的一种磁性液态金属制备方法，其包括以下步骤：

1)取重量份为a的液态金属11放入容器12，如图示(a)；

2)取重量份为b的金属粉末13放入容器12，如图示(b)；其中a和b的比值的最佳值为10：3；该金属粉末13为单一不带磁性的铁磁金属或至少一种不带磁性的铁磁金属及其他金属的混合物，例如铁粉，或铜铁合金粉末，该金属粉末的粒径约为100nm；

3)在容器中加入盐酸14，直至淹没液态金属和金属粉末，如图示(c)；盐酸用于去除液态金属和金属粉末在空气中形成的氧化层，该氧化层会阻止金属粉末和液态金属的混合；

4)使用玻璃棒15搅拌，如图示(d)，直至重新恢复清澈的状态，这表明液态金属11和金属粉末13已经充分混合；

5)加水16清洗酸溶液，如图示(e)，从而去除酸溶液，最后分离水，得到磁性液态金属17，如图示(f)。

其中，液态金属为镓铟合金，其中：包括质量百分比为75％的镓和质量百分比为25％的铟。

如图2和图3所示，本发明还提供一种微夹持器，其包括的磁性液态金属，还包括一碗形的爪手2，爪手2上部设置一筒形的基部9，爪手2和基部9由树脂通过3d打印一体成型的，爪手2内壁上涂敷压敏胶后再涂敷一层铜粉(未图示)，然后在盐酸中浸泡5-6分钟。磁性液态金属设置在爪手2内，经过盐酸浸泡的铜粉和磁性液态金属具有较好的润湿性，相互吸附，可以增加吸附力。爪手2上设置一连通基部9的通孔(未图示)，一漆包线去除表面绝缘漆后作为电极(未图示)穿过基部9和通孔后，连接磁性液态金属。爪手2的内壁上设置有若干个金属导线6，金属导线6对称成弧形结构，此弧线结构有助于增加对磁性液态金属的抓力，同时夹持时，使得物体趋近于中央位置。还包括一可给磁性液态金属施加磁场的磁体5。磁体5为永磁体或电磁铁，磁体5设置在基部9的上部，通过靠近或通电来施加磁场。

如图4所示，本发明还提供一种夹持方法，其可以利用上述微夹持器。其包括以下步骤：

1)将物体21置入氢氧化钠溶液22(或其他电解液)中，将爪手23罩住物体；

2)滴入磁性液态金属24；

3)直流电源25通过电极给氢氧化钠溶液22通直流电，其中正极26连接磁性液态金属24，负极27连接氢氧化钠溶液22，以使得磁性液态金属24在氢氧化钠溶液22中由正极向负极扩散，从而包裹物体21；

4)通过永磁体靠近或电磁铁28通电来给磁性液态金属24施加磁力，磁性液态金属24中的金属粉末会在磁力作用下连接成线，从而使得磁性液态金属24成为类固态(接近固态，具有一定的刚度)，从而固定物体21；

5)提起爪手23，利用磁力吸附磁性液态金属24，此时，爪手23内壁上的铜粉和磁性液态金属24具有较好的湿润作用，吸附在爪23手内壁上，抬起磁性液态金属24，以抬起其中的物体21，在至目标位置放下，重新将物体21置于氢氧化钠溶液22下；

6)通过移走永磁体或给电磁铁28断电的方式来去除磁体的磁力，使得磁性液态金属24恢复成液态。通过电极给氢氧化钠溶液22通电，其中负极27连接磁性液态金属，正极26连接氢氧化钠溶液22，以使得磁性液态金属24以电极为中心集聚，以脱离物体，从而完成物体的转移作业。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。