IPMC材料的仿生翅膀及其制备方法与流程

ipmc材料的仿生翅膀及其制备方法
技术领域
[0001]
本发明涉及仿鸟类羽毛技术领域，尤其涉及一种ipmc材料的仿生翅膀及其制备方法。


背景技术：

[0002]
羽毛是禽类表皮细胞衍生的角质化产物，覆于体表，质轻且韧，具有保温、飞翔等功能。随着人类对于仿生和软体机器人的研究进展加快，衍生出许多的微小型仿生软体机器人，其中仿生鸟类动物已成为目前科学研究的热点之一，而对于鸟类羽毛的研究更是尤为重要。目前，国内外诸多科研者通过结合仿生学、材料学和软体机构学的研究，采用智能材料和结构驱动的仿生禽、鸟类翅膀逐步成为主要发展趋势。相对于传统采用电机驱动的刚性机械羽毛，采用智能材料和结构驱动的仿生禽、鸟类翅膀具有结构简单、动作柔顺、偏摆效率高、低噪音、高机动性以及绿色节能等优势，因此这类仿生禽类羽毛对于仿生鸟类在空中监测、生物观测和军事搜索侦察等领域具有广泛的应用价值和前景。
[0003]
离子型聚合物金属复合材料（ipmc）是电活性聚合物材料（eap）的典型代表，相比于传统的金属类机械结构，ipmc材料具有驱动电压低、响应时间短、绿色节能、大变形等驱动优点，用于仿生禽类羽毛具有安全性能高、工作时间长、绿色节能灯优势，因此ipmc材料在仿生禽类羽毛的应用领域具有显著而独特的优势，可通过电致动模拟禽类羽毛的连续偏摆运动。


技术实现要素：

[0004]
本发明所解决的技术问题为提供一种ipmc材料的生翅膀及其制作方法。
[0005]
本发明为了解决上述问题，所采用的技术方案为：一种新的离子聚合物材料驱动的仿禽类羽毛结构设计方法，一种ipmc材料制作仿生翅膀制备方法，包括以下步骤：步骤1：调配电极液和ipmc材料溶液，选择仿生翅膀模具；将部分调配好的电极液注入在所述仿生翅膀模具内，使电极材料铺满底面，经固化形成底层电极；电极液可为现有技术中可液态固化成型的材料；步骤2：将调配的ipmc材料溶液注入到步骤1得到的所述翅膀模具内的底层电极上，铺满整个底层电极表面，将所述翅膀模具放置于真空干燥箱内，调整干燥温度，干燥处理，直至溶液干燥完成，形成ipmc材料膜；步骤3：将部分调制电极液注入到步骤2得到的翅膀模具内的ipmc膜上，固化形成上层电极；步骤4：将所述步骤3处理后的翅膀模具取出，置于室温下，静置，即得到ipmc材料制作仿生翅膀。
[0006]
进一步地，在所述步骤2中形成底层电极之前还包括形成保护膜的步骤，所述步骤4之前还包括上保护膜形成步骤。
[0007]
进一步地，所述步骤3中，还包括用热压器将上层电极、ipmc膜和下层电极进行热
压处理，直至三层膜进一步完全贴合在一起。
[0008]
进一步地，所述步骤1中所述干燥处理时间为16-24个小时。
[0009]
进一步地，所述步骤3中的热压处理时间为6-8h。
[0010]
进一步地，所述的仿生翅膀模具内部设置有多个长方体凹槽且横向凹槽的右端设计为燕尾形状，总体按照纵向最长，横向上部长，下部短的原则确定。在所述凹槽的边缘进行一定角度的倒圆角，方便膜的取出。
[0011]
一种ipmc材料制作仿生翅膀制备方法，还可为包括以下步骤：步骤1：调配ipmc材料溶液，选择仿生翅膀模具；将调配好的溶液用注射到所述翅膀模具内，将所述翅膀模具放置于真空干燥箱内，调整干燥温度，干燥处理，直至溶液干燥完成；所述的仿生翅膀模具内部设置有多个长方体凹槽且横向凹槽的右端设计为燕尾形状，总体按照纵向最长，横向上部长，下部短的原则确定；所述步骤2中所述干燥处理时间为16-24个小时；步骤2：将干燥好的模具取出，置于室温下，静置，将干燥的ipmc材料制作仿生翅膀膜取出；步骤3：取两片用所述翅膀模具形成的电极，将两片所述电极附在ipmc材料制作仿生翅膀膜的两侧，用热压器将三层膜进行热压处理，直至三层膜完全贴合在一起，即得到ipmc材料制作仿生翅膀。所述步骤3中的热压处理时间为6-8h。
[0012]
一种基于上述所述方法制备的ipmc材料制作仿生翅膀。
[0013]
一种基于上述任一项所述方法制备的ipmc材料制作仿生翅膀。一个根据ipmc材料尺寸设置的模具装置，装置整体尺寸大小根据需要进行具体设定。
[0014]
进一步的，所述的模具装置内部设置有9个长方体凹槽且横向凹槽的右端设计为燕尾形状，具体形状根据具体要求确定，总体按照纵向最长，横向上部四条略长，下部四条略短的原则确定。
[0015]
本发明还提供了一种基于上述制备装置的ipmc材料的电极制备方法，包括以下步骤：本发明所产生的有益效果包括：本发明所涉及的装置及方法可以方便快捷的制备仿鸟类羽毛的ipmc，可在同一模具中制备电极和ipmc材料，使其为一体结构，进而提高其结合力，此外进一步采用热压步骤，进一步提高膜之间的结合力。此外还可将不同的电极材料注入模具不同尺寸的长方体凹槽内，干燥后再将其取出即可，避免了在制备过程中对电极膜等材料的浪费。
[0016]
放大了软体材料质量小、体积小质地柔软、运动灵活等特点。巧妙的简化了鸟类翅膀的运动形态，使其外观结构更加的规则，也使软体膜的制备更加的便捷。
附图说明
[0017]
图1为模具的三维结构图。
[0018]
图2为电极-膜-电极三层结构示意图。
具体实施方式
[0019]
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的解释说明，但应当理解为
本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0020]
如图1-2所示，本发明的ipmc材料的交换膜1和电极2制备装置，装置整体尺寸大小设置为80mm*80mm。装置整体尺寸大小也可根据需要进行具体设定。
[0021]
所述的模具装置内部设置有9个长方体凹槽且横向凹槽的右端设计为燕尾形状，具体形状根据具体要求确定，总体按照纵向最长，横向上部四条略长，下部四条略短的原则确定。尺寸大小根据制备ipmc柔性驱动器的尺寸分别设置为：纵向：10mm*65mm*2mm；横向：7mm*45mm*2mm*4、7mm*35mm*2mm*4。
[0022]
在凹槽边缘进行一定角度的倒圆角，方便成膜后用镊子翘起边缘将其取出。
[0023]
采用该装置制备ipmc材料的交换膜方法如下：步骤1：调配电极液和ipmc材料溶液，选择仿生翅膀模具，在模具中形成保护膜；将部分调配好的电极液注入在所述仿生翅膀模具内，使电极材料铺满保护膜表面，经固化形成底层电极；步骤2：将调配的ipmc材料溶液注入到步骤1得到的所述翅膀模具内的底层电极上，铺满整个底层电极表面，将所述翅膀模具放置于真空干燥箱内，调整干燥温度，干燥处理，直至溶液干燥完成，形成ipmc材料膜；所述步骤2中所述干燥处理时间为16-24个小时步骤3：将部分调制电极液注入到步骤2得到的翅膀模具内的ipmc膜上，固化形成上层电极；还包括用热压器将上层电极、ipmc膜和下层电极进行热压处理，直至三层膜进一步完全贴合在一起。形成上保护膜形成步骤；所述步骤3中的热压处理时间为6-8h。
[0024]
步骤4：将所述步骤3处理后的翅膀模具取出，置于室温下，静置，即得到ipmc材料制作仿生翅膀。
[0025]
本发明所涉及的装置及方法可以方便快捷的制备仿鸟类羽毛的ipmc，可在同一模具中制备电极和ipmc材料，使其为一体结构，进而提高其结合力，此外进一步采用热压步骤，进一步提高膜之间的结合力。
[0026]
采用该装置制备ipmc材料的交换膜方法还可如下：步骤1：调配ipmc材料溶液，选择仿生翅膀模具；将调配好的溶液用注射到所述翅膀模具内，将所述翅膀模具放置于真空干燥箱内，调整干燥温度，干燥处理16-24个小时，直至溶液干燥完成；步骤2：将干燥好的模具取出，置于室温下，静置，将干燥的ipmc材料制作仿生翅膀膜取出；如用镊子轻轻将已经处理好的膜取出，避免膜的损坏。
[0027]
步骤3：取两片用所述翅膀模具形成的电极，将两片所述电极附在ipmc材料制作仿生翅膀膜的两侧，用热压器将三层膜进行热压处理6-8h，直至三层膜完全贴合在一起，即得到ipmc材料制作仿生翅膀。
[0028]
此外还可将不同的电极材料注入模具不同尺寸的长方体凹槽内，干燥后再将其取出即可，避免了在制备过程中对电极膜等材料的浪费。
[0029]
上述仅为本发明的优选实施例，本发明并不仅限于实施例的内容。对于本领域中的技术人员来说，在本发明的技术方案范围内可以有各种变化和更改，所作的任何变化和更改，均在本发明保护范围之内。