本發(fā)明涉及智能水凝膠材料領(lǐng)域，尤其涉及一種基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑的蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、智能水凝膠是一類內(nèi)部含有大量水的功能性材料，面對環(huán)境(溫度、ph、光、電場、磁場、化學(xué)物質(zhì)等)的變化，能夠發(fā)生體積、顏色或相態(tài)的變化。美國麻省理工學(xué)院toyoichitanaka等人于1996年首次開發(fā)了智能水凝膠，然而大多數(shù)智能水凝膠形變簡單，且基于智能水凝膠開發(fā)的水凝膠驅(qū)動器驅(qū)動方式單一，這極大地限制了其應(yīng)用范圍。

2、隨著科技的發(fā)展，研究人員對智能水凝膠的研究從最初簡單的體積膨脹/收縮，到能夠?qū)崿F(xiàn)各種復(fù)雜驅(qū)動，智能驅(qū)動水凝膠已然成為近年來最有前途的仿生智能新材料之一。其中光熱響應(yīng)水凝膠因其遠(yuǎn)程可控性受到人們的青睞。光熱響應(yīng)水凝膠在近紅外光的照射下，光斑區(qū)域的水凝膠溫度會在較短時間內(nèi)上升，從而使凝膠形態(tài)發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)光熱響應(yīng)水凝膠的復(fù)雜驅(qū)動。如中國專利cn201910654774.9公開了一種多功能光驅(qū)動的耐低溫雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠及其制備方法和應(yīng)用，利用聚丙烯酰胺/海藻酸鈉基雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠/cacl2/cnts網(wǎng)絡(luò)復(fù)合水凝膠發(fā)生光響應(yīng)形變，在近紅外光照射下可以進(jìn)行單邊和雙邊彎曲、游走、仿生手的抓取和運(yùn)輸物體等多功能的形變，有望應(yīng)用于軟夾持機(jī)器人、光驅(qū)動的軟夾具、傳感器和可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域。

3、但現(xiàn)有智能復(fù)合水凝膠存在驅(qū)動速度較慢或機(jī)械強(qiáng)度較差的問題，且設(shè)計(jì)出的仿生驅(qū)動器大多數(shù)都是通過拼接的方式，產(chǎn)生的驅(qū)動行為較為簡單，且制備過程卻較為復(fù)雜，難以大規(guī)模生產(chǎn)。而且現(xiàn)有智能復(fù)合水凝膠產(chǎn)生復(fù)雜驅(qū)動行為的前提是基于復(fù)合水凝膠特殊結(jié)構(gòu)(雙層結(jié)構(gòu)、取向結(jié)構(gòu)等)，只能在特定情況下才發(fā)生復(fù)雜驅(qū)動行為，因此限制了其應(yīng)用。

4、因此有必要研發(fā)出一種基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑的蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料的制備方法，解決現(xiàn)有水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料存在的驅(qū)動速度較慢或驅(qū)動行為單一的問題。

2、本發(fā)明采用一種基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料的制備方法，包括以下步驟：

3、s101按照預(yù)設(shè)圖案對蘆葦內(nèi)膜噴墨進(jìn)行打印處理，干燥后獲得噴墨打印蘆葦內(nèi)膜；

4、s102在納米黏土水溶液中加入n-異丙基丙烯酰胺、n,n-亞甲基丙烯酰胺和2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮混合均勻獲得pnipam水凝膠預(yù)聚液；

5、s103將s101步驟制備的噴墨打印蘆葦內(nèi)膜置于石英玻璃片上，后將s102步驟制備的pnipam水凝膠預(yù)聚液浸潤噴墨打印蘆葦內(nèi)膜并將其展平，再將回字型硅橡膠置于噴墨打印蘆葦內(nèi)膜上，再加入pnipam水凝膠預(yù)聚液，等預(yù)聚液完全滲入到噴墨打印蘆葦內(nèi)膜一側(cè)后蓋上石英玻璃片，在紫外燈下光照聚合，用大量去離子水浸泡去除雜質(zhì)后獲得蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料。

6、優(yōu)選地，s102步驟中，納米黏土水溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt％，體積為1ml。

7、優(yōu)選地，s102步驟中，n-異丙基丙烯酰胺投入量為100mg、n,n-亞甲基丙烯酰胺投入量為2.5mg，2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮投入量為3.5mg。

8、優(yōu)選地，s103步驟中，紫外燈波長為365nm、12.8mw/cm2。

9、優(yōu)選地，s103步驟中，光照聚合時間為30min。

10、優(yōu)選地，s103步驟中，回字型硅橡膠內(nèi)槽為20mm*40mm，pnipam水凝膠預(yù)聚液用量為400μl。

11、采用本發(fā)明所提供的一種基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料的制備方法，采用噴墨打印機(jī)將顏料墨水打印到天然蘆葦內(nèi)膜表面上，再利用噴墨打印蘆葦內(nèi)膜與聚n-異丙基丙烯酰胺水凝膠快速形成牢固的機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)，結(jié)合力強(qiáng)，方法簡單，在驅(qū)動過程不會發(fā)生層間剝離現(xiàn)象。利用本方法可任意構(gòu)筑各種復(fù)雜的圖案化水凝膠仿生驅(qū)動器，在近紅外的照射下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜仿生驅(qū)動行為。

12、進(jìn)一步地，利用本方法制備的蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化效率和力學(xué)性能(2.7mpa)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速驅(qū)動(彎折204°/s，彎曲76°/s)和超大功率驅(qū)動力(可舉起自重70倍以上重物)。

13、進(jìn)一步地，利用本方法制備的蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料在面光源照射下，會發(fā)生彎曲行為，在點(diǎn)光源照射下，會發(fā)生彎折行為，為生物質(zhì)復(fù)合水凝膠提供了更多驅(qū)動方式。

14、進(jìn)一步地，利用本方法的噴墨打印方式可不同圖案化的智能水凝膠，不僅展現(xiàn)遠(yuǎn)程精確可控的特性，還提供更加復(fù)雜的螺旋驅(qū)動行為，尤其是方便快捷地可編程設(shè)計(jì)各種仿生圖案并制備出相應(yīng)的智能水凝膠仿生驅(qū)動器，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)仿生驅(qū)動行為。

技術(shù)特征：

1.一種基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料的制備方法，其特征在于，所述s102步驟中，納米黏土水溶液為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1wt％，體積為1ml。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料的制備方法，其特征在于，所述s102步驟中，n-異丙基丙烯酰胺投入量為100mg、n,n-亞甲基丙烯酰胺投入量為2.5mg，2-羥基-4'-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮投入量為3.5mg。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料的制備方法，其特征在于，所述s103步驟中，紫外燈波長為365nm、12.8mw/cm2。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料的制備方法，其特征在于，所述s103步驟中，光照聚合時間為30min。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料的制備方法，其特征在于，所述s103步驟中，回字型硅橡膠內(nèi)槽為20mm*40mm，pnipam水凝膠預(yù)聚液用量為400μl。

7.一種根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)方法制備的基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于噴墨打印圖案化構(gòu)筑蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料的制備方法，包括對蘆葦內(nèi)膜進(jìn)行噴墨打印處理；在納米黏土水溶液中加入N?異丙基丙烯酰胺、N,N?亞甲基丙烯酰胺和2?羥基?4'?(2?羥乙氧基)?2?甲基苯丙酮混合獲得水凝膠預(yù)聚液；將噴墨打印蘆葦內(nèi)膜置于玻璃片上，加入水凝膠預(yù)聚液，蓋上并密封住置于冰水中光照聚合獲得蘆葦內(nèi)膜水凝膠復(fù)合仿生驅(qū)動材料。本發(fā)明采用噴墨打印機(jī)將顏料墨水打印到天然蘆葦內(nèi)膜表面上進(jìn)行圖案化，再與聚N?異丙基丙烯酰胺水凝膠快速形成牢固的機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)，結(jié)合力強(qiáng)，方法簡單；且該驅(qū)動材料具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化效率、力學(xué)性能和圖案構(gòu)筑能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速驅(qū)動和超大功率驅(qū)動力及各種復(fù)雜仿生驅(qū)動器設(shè)計(jì)。

技術(shù)研發(fā)人員：馬春新,馬超,孫燁,陳琳,趙宏亮,李開鵬,劉振中,曹興宇,彭淑怡,楊浪,孫躍,馮學(xué)亮,張青
受保護(hù)的技術(shù)使用者：海南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9