时 施加轴向拉伸，使驱动薄膜发生轴向拉伸变形。在变形后，用固定单元对管状机构(驱动薄 膜构成）加W固定维持预拉伸状态。
[0018] 进一步的，所述的连接单元通过所述囊状结构的开口连接各个粟单元，使所述的 蠕动粟成为柔性链状结构，并具备一定的柔性。所述的连接单元可采用柔性材料，例如天然 橡胶，硅胶等。所述连接单元与所述粟单元的连接方式可w采用粘结、螺纹连接、焊接，沟槽 连接，法兰连接，承插连接等多种方式。所述的连接单元采用柔性材料，保证蠕动粟整体的 柔性特征，连接单元如果采用图2所示的环状结构，此时蠕动粟应采用直链结构，亦即所有 的连接单元因大致在一条直线上。如果蠕动粟需要做成其他形状，则相应的连接单元应采 用其他弯折的管状结构。
[0019] 进一步的，所述的固定单元用于支撑各个粟单元，通常为模量较高的材料，例如金 属，高模量塑料，高模量的橡胶，一般而言，高模量指材料的拉伸模量，大小应为IMPW上。 高模量应足W保护结构在蠕动粟工作室不产生大的功能失效行为，例如结构失稳导致粟产 生大的非对称变形从而导致结构破裂，用W支撑粟单元。固定单元的结构可W为框架结构 或者为壳体结构，将粟单元包裹在内，对粟单元起到支撑作用，使其在变形过程中结构相对 稳定。采用框架结构，可W减少蠕动粟的材料消耗。另一方面根据使用情况不同，如果驱动 薄膜采用光敏材料，则采用框架结构有利于外界光刺激对驱动材料产生作用。固定单元之 间可W连接或者不连接，视工作环境而定，例如，当蠕动粟的位置不需要经常移动时，固定 单元之间可W直接连接。
[0020] 进一步的，所述的柔性蠕动粟为线性结构或卷曲结构，如图1-图3所示。线性结 构意味着粟单元首尾连接成为沿直线排列。采用卷曲结构，则粟单元的连接形式可W多种 多样，如图3显示的螺旋状蠕动粟，或者其他任意的卷曲结构。如此蠕动粟可W应用到更多 的复杂环境中。
[0021] 本发明所述的柔性蠕动粟，若构成囊状结构的驱动薄膜采用的智能软材料为介电 高弹体材料，使介电高弹体材料产生本证应变需要外加激励为电场，则所述的粟单元需要 与外界供电系统连接，需要在所述驱动薄膜的两侧粘合用于与外界供电系统连接的柔性电 极，最好在柔性电极再粘合保护层，所述的保护层具有绝缘W及保护驱动薄膜不受环境或 者运输介质侵蚀的作用。为防止漏电，在柔性电极层与外界供电系统的连接处需要做好绝 缘处理。
[0022] 若构成囊状结构的驱动薄膜采用的智能软材料为热敏材料，则使热敏材料产生本 征应变需要外加激励为热场，则需要对粟单元进行加热，具体的加热方式有电热丝加热，微 波加热，红外加热等多种方式。若采用电热丝加热，则要求电热丝的对结构的力学性能(对 粟单元的活动不能产生过大的阻力）产生大的影响。同时电热丝应在驱动薄膜和保护膜之 间，此次保护膜应具有一定的隔热效果，W防止能量流失到环境中。
[0023] 若构成囊状结构的驱动薄膜采用的智能材料为光敏材料，感应材料等，相应的结 构也需要进行如上的适当调整，同时对保护膜也将有新的要求。
[0024] 本发明所述柔性蠕动粟的粟单元在工作时内外流体需要具有一定的压力差，且优 选的方案为粟单元的内压大于外压，形成粟单元的内外压差，也就是粟单元内流体的压力 大于粟单元外流体的压力。粟单元的短粗结构(长径比《15)有利于提高粟单元的稳定性， 同时在相同的材料W及载荷情况下提高粟单元的体积变化率。发明人通过对比发现，如图 10所示，细长粟单元(长径比> 16)，容易发生结构失稳，亦即细长管发生非对称变形，局部 鼓包，在外加激励作用下发生局部破裂。细长结构(长径比> 16)与智能软材料结合，将使 得粟单元的结构稳定性下降，亦即在相同的载荷条件下（同等压力差与外加激励)，细长结 构相对于短粗结构更为容易被破坏，使得粟单元失效。而如果构成粟单元的智能软材料不 能承受大变形，则使得粟的变形较小，即使提高粟内外压差也无法提高粟单元的单次输运 能力。所述的单次输运能力指蠕动粟在一次驱动过程，亦即外加激励变化一次中粟单元的 输运流体体积。由此表明本发明的发明要点在于智能软材料和粟结构的结合，二者协同作 用，否者无法达到设计要求。
[00巧]发明人的研究发现，当囊状结构的长径比在10W及10W下可W进一步提高囊状 结构的稳定性W及单次运输能力，进一步地，当所述的囊状结构为长径比2~5的短管时， 在同等压强作用下，囊状结构具有非常好的稳定性，几乎不会发生局部失稳。所述的局部失 稳是指发生结构失效或结构局部破坏。短粗的囊状结构有利于提高囊状结构的抗压能力。 同时提高粟单元性能，具体表现在提高流出粟单元流体的压强，也就提高了粟单元输运流 体的能力。
[0026] 由多个粟单元组成的柔性蠕动粟，在外加激励的控制下，所述柔性蠕动粟中的粟 单元依次收缩扩张。根据设计要求，蠕动粟在工作之前，内部流体的压力应高于外界流体压 力，亦即内外存在一定压差，工作时，构成囊状结构的智能软材料在外加激励的作用下，由 于本征应变的作用，宏观表现为材料变软，此时在粟单元内外压差的作用下，粟单元舒张， 流体流入粟单元。而当外加激励撤去之后，智能材料本身的本征应变消失，粟单元宏观上有 收缩趋势，并将流体从粟单元排出。多个粟单元依次连接，由于驱动单元的驱动时有收缩和 舒展两种状态，相邻的粟单元依次收缩舒展从而使所述的蠕动粟实现流体的输运。可W通 过对外加激励的控制实现所述柔性蠕动粟的输运能力调节。例如，所述蠕动粟采用介电高 弹体作为粟单元的材料，所述的外加激励为电场，通过对电场大小的控制使介电高弹体发 生本征应变，推动粟内液体流动，完成流体输运。又例如，所述蠕动粟采用热敏材料作为粟 单元的材料，所述的外加激励为热场，通过对热场的控制是热敏材料发生本征应变，推动粟 内液体流动，完成流体输运。当提高热场变化幅度时，可W提高粟单元的单次输运能力。当 提高温度场的变化频率时，可W提高粟的单位时间内的输送能力。
[0027] 下面W高压发生器作为激励方式，粟单元为驱动薄膜构成的短管，所述驱动薄膜 的材料为介电高弹体值巧为例子，阐述本发明所述的蠕动粟利用智能软材料的本征应变 产生驱动力的原理，示意图参见图4、图5和图7。
[0028]图4的（a)图显示了初始状态的DE短管，长度为Z，管壁厚度为坏，半径为图 4的化）图显示了经过预拉伸之后的DE管，长度为7,管壁厚度为知半径为r。该里定义长 度方向的拉伸率为Ji=7/Z，环向的拉伸率为J2='/成，厚度方向的拉伸率为化此时 粟的长径比为7 /成，依据本发明的短粗管要求，7 /成《15。
[0029] 根据力学理论可得，所述管状粟单元的控制方程为：
【主权项】
1. 一种柔性蠕动泵，其特征在于：所述的柔性蠕动泵包括泵单元（I)，连接单元（2)和 固定单元（3)，所述的泵单元为一个或多个，其中： 所述的泵单元（1)为至少一个开口的囊状结构，所述的囊状结构为短粗的空腔结构， 构成所述囊状结构的材料为智能软材料；所述的开口用于流体的输入与输出； 所述的连接单元（2)通过所述的开口连接各个泵单元； 所述的固定单元（3)用于支撑各个泵单元； 所述的蠕动泵利用智能软材料的本征应变产生驱动力。
2. 根据权利要求1所述的柔性蠕动泵，其特征在于：所述泵单元（1)的体积变化率 ^ 70%〇
3. 根据权利要求1所述的柔性蠕动泵，其特征在于：所述囊状结构的最长维度的长度 不超过其他维度长度的15倍。
4. 根据权利要求1所述的柔性蠕动泵，其特征在于：所述的囊状结构为短管，所述短管 的长径比为2~5。
5. 根据权利要求1所述的柔性蠕动泵，其特征在于：所述的柔性蠕动泵为线性结构或 卷曲结构。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的柔性蠕动泵，其特征在于：所述的囊状结构由驱动 薄膜（14)构成，所述驱动薄膜（14)的两侧粘合有柔性电极（13)，所述泵单元（1)的驱动力 由所述驱动薄膜（14)的收缩和舒张产生。
7. 根据权利要求6所述的柔性蠕动泵，其特征在于：所述的泵单元（1)还进一步包括 保护层（12)，所述保护层（12)与所述的驱动薄膜（14)、柔性电极（13)互相粘合，所述的保 护层（12)包覆在所述柔性电极（13)的外部。
8. 根据权利要求6所述的柔性蠕动泵，其特征在于：所述的驱动薄膜（14)为经过预拉 伸的柔性薄膜。
9. 一种流体传输系统，其特征在于：所述的流体传输系统包含多个权利要求1-9任一 项所述的柔性蠕动泵，以及连接组件。
10. 权利要求1-8任一项所述的柔性蠕动泵在化工、采矿冶金，造纸、油漆涂料、食品、 陶瓷、石油、水处理、制药、医疗器械领域的应用。
【专利摘要】本发明提供一种柔性蠕动泵，包括泵单元，固定单元与连接单元，其中泵单元为采用驱动薄膜制作的囊状结构，并含有至少一个开口用于流体的流入流出的通道。智能软材料的薄膜在外加激励下由于本征应变产生舒展与收缩产生蠕动泵的驱动力，吸入与排出液体。固定单元为刚性结构用于支撑泵单元和连接单元。连接单元为柔性结构，将泵单元连接成链，保证整个蠕动泵的柔性特征，其内含有自动阀门控制流体进出。固定单元用于支撑泵单元。本发明借助驱动薄膜材料采用特定的结构实现了蠕动泵结构的进一步简化，提高了蠕动泵的稳定性，可靠性，高效性，经济性并降低工作噪音。本发明未来可以广泛应用于化工、采矿冶金，造纸、油漆涂料、食品、陶瓷、石油、水处理、制药、医疗器械领域。特别是在人造器官方面将会发挥重要的作用。
【IPC分类】F04B43-08
【公开号】CN104763620
【申请号】CN201410605571
【发明人】毛国勇, 曲绍兴, 黄晓强, 刘俊杰, 李铁风
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年10月31日