一种适用于液态金属电驱动的装置的制作方法

本实用新型涉及一种驱动技术领域，具体涉及一种液态金属电驱动领域。

背景技术：

目前，金属大多数以一种刚性的形式发挥作用，而刚性金属作为主要动力驱动源，其不可延展性以及不易形变性大大制约了刚性金属的实用范围。液态金属，作为一种独特性质在室温下保持液态的金属，具有高柔性、可变形性、高导电性、高导热性、高表面张力和顺应性、无毒性，被广泛的应用于各类产业界和科学界领域。本实用新型通过特定的结构，利用液态金属在电场作用下的表面性质和理化特性，达到使特定物体发生位移、产生运动的作用，从而实现液态金属作为动力驱动源广泛应用于各类行业的目的。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种适用于液态金属电驱动的装置。该结构充分利用了液态金属高柔性、高导电性、高表面张力性以及可变性等，使其驱动的设备达到高效、稳定的运转。该结构通过液态金属在电场中的运动特性，实现物体在多种复杂情况下运作，拥有较大的市场前景。

本实用新型的目的通过如下技术方案实现：

一种适用于液态金属电驱动的装置，其特征在于，包括：

圆柱形外壳与底座、驱动轴、滚动轴以及环形圆管状包裹容器。

其中，上述结构中，圆柱形外壳的内壁中间处有一平行于底面的圆环形沟槽，沟槽内镶嵌环形圆管状包裹容器，环形圆管状包裹容器用于承载电解液以及液态金属；驱动轴位于底座圆心位置且垂直于底座，其数量为一根；滚动轴一端与驱动轴相连，另一端从环形圆管状包裹容器一端插入，与环形圆管状包裹容器另一端相连；滚动轴与环形圆管状包裹容器连接处均用密封圈进行密封。

在设计过程中，研究人员发现，液态金属需作为动力源在环形圆管状包裹容器中与滚动轴接触时，环形圆管状包裹容器中的电解液与液态金属由于重力作用通过滚动轴与环形圆管状包裹容器连接处泄露出来，从而影响本结构的稳定性以及持久耐用性。本实用新型通过特定结构组合，使滚动轴、环形圆管状包裹容器与液态金属在运动过程中保持相对静止，同时对滚动轴与环形圆管状包裹容器连接位置进行密封，有效避免了在运动过程中电解液泄露问题。

进一步，所述驱动轴分为三段，分别为小型底座，电池区以及驱动小棒；小型底座安装在底座上，其材料与底座材料一致。所述驱动小棒材料可为金属如铝、镍、铜、钛棒，玻璃钢等材料；电池区外壳材料可为PLA、TPU等材料。

进一步，所述电池区在小型底座上，所述驱动小棒在电池区上；小型底座，电池区以及驱动小棒中心线与底座中心线在同一条直线上。

进一步，所述滚动轴结构从俯视图轴向截面分为四层结构，依次为铜片，滚动轴主体，绝缘层，绝缘层铜片；所述滚动轴主体材料可为PLA材料。

本实用新型具有如下的技术效果：

本实用新型提供的用于液态金属电驱动的装置，通过液态金属在不同电压的电场中会产生双电层效应从而导致马兰戈里效应，该表面双电层电荷分布梯度即可引起表面张力变化驱动液态金属运动，从而去推动滚动轴运动，进而达到驱动轴轴高效运转的目的。同时，为了防止除推动液态金属运动回路的其他电路的产生，本实用新型采用特定的结构，有效避免因短路而导致驱动轴不工作的现象。

本实用新型适用于液态金属电驱动的装置，利用电场驱动，该液态金属驱动装置小巧、灵活，可携带多种传感设备，可应用到各种复杂的环境及水下救援、管道勘测、载物、微型探测等领域作。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一些简单地介绍。

图1为本实用新型实施例提供的适用于液态金属电驱动的装置的示意图，其中图1（a）为该装置正面示意图，图1（b）为该装置侧面示意图；

图2为本实用新型实施例提供的适用于液态金属电驱动的装置俯视图；

图3为本实用新型实施例提供的适用于液态金属电驱动的装置的滚动轴的 剖面图，其中图3（a）为滚动轴纵向剖面图，图（3）b为滚动轴横向剖面图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

从图1（b）可以看出，该电驱动结构主要由三个部分组成，包括：4、圆柱形外壳；5、驱动轴一根；12、底座。从图1（a）看到本装置的驱动轴是由三个部分组成，由下而上依次为：1、驱动小棒；2、电池区；3、小型底座。小型底座3安装在底座12上，打开小型底座3，可进行电池更换；将电池固定在电池区2，可以实现驱动轴5的转动。从图（2）看出，本装置圆柱形外壳内部组成有6、滚动轴，本实例选用三根；7、环形圆管状包裹容器，用于承载电解液以及液态金属。

从图3可以看出，滚动轴从俯视图轴向截面分为四个层次，自左至右依次为8、铜片；9、滚动轴主体，用于带动驱动轴转动；10、绝缘层；11、绝缘层铜片。

一种适用于液态金属电驱动的装置，外部由利用3D打印机制备尺度可调节的圆柱形外壳4及底座12组成，其材质选用ABS材料，以达到圆柱形外壳4的内壁光滑，摩擦力较小的效果；内部由一根驱动轴5、三根滚动轴6以及环形圆管状包裹容器7组成，环形圆管状包裹容器7中承载电解液以及液态金属；其中，圆柱形外壳4的内壁中间处有一平行于底面的圆环形沟槽，环形圆管状包裹容器7镶嵌于圆柱形外壳4的沟槽中；驱动轴5位于底座12中心位置且垂直于底座12；滚动轴6一端与驱动轴5相连，另一端从环形圆管状包裹容器7一端插入，与环形圆管状包裹容器7另一端相连；滚动轴6与环形圆管状包裹容器7连接处均用密封圈进行密封。环形圆管状包裹容器7采用ABS材料，利用3D打印技术制作而成，以达到摩擦力较小、尺寸可调以及绝缘性能较好的效果；其内电解液采用NaOH溶液；驱动轴5的驱动小棒1采用玻璃钢，电池区2外壳材料采用PLA材料，小型底座3与圆柱形底座12同材质；滚动轴主体9材料采用PLA材料。利用3D技术打印所需的圆柱形外壳及底座、环形圆管状包裹容器、驱动轴与滚动轴，使本装置具有多变性，可用于各个不同领域。

如图2与图3（a）所示，将液态金属13放置在两个滚动轴6之间，液态金属占环形圆管状包裹容器7体积的1/15，其右侧有滚动轴6的电源铜片8，连接负极，其左侧有另一个滚动轴6上的绝缘层铜片11，连接正极，则当电池区2装入电池时，这两个电极形成了一个正负回路, 使液态金属13处于一个正负极的环境中。根据液态金属的性质，即马兰戈尼效应，液态金属13朝电源负极铜片8移动，从而推动铜片8，带动整个滚动轴6向前移动；同时，由于液态金属13移动向铜片8，导致整个固态包裹容器7的重心发生偏移，从而使固态包裹容器7在圆柱形外壳4内壁沟槽中进行旋转，进而通过滚动轴6带动驱动轴5加速旋转。

将铜片8连接至电源正极，将绝缘层铜片11连接至电源负极，则当电池区2装入电池时，液态金属13会向绝缘层铜片11运动，从而推动绝缘层铜片11运动，带动整个滚动轴6向前移动；同时，由于液态金属13移动向负极绝缘层铜片11，导致整个环形圆管状包裹容器7的重心发生偏移，从而使环形圆管状包裹容器7在圆柱形外壳4内壁沟槽中进行旋转，进而通过滚动轴6带动驱动轴5实现相对于上述步骤反向运转的目的。