一種離子共聚物-無機復合電驅動雙指抓取器及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種離子共聚物?無機復合電驅動雙指抓取器及其制備方法，包括多元離子共聚物乳液制備、離子共聚物?無機復合電驅動活性材料制備、雙指柔性抓取器的制備；離子共聚物?無機復合電驅動活性材料標準樣品的制備是在常溫常壓環境下將離子共聚物乳液和無機導電填料混合液緩慢澆注于平底凹槽玻璃模具內得到；其制備原料常見易得、制備工藝環保、簡便，所制產品具有驅動電壓低、抓取能力強、響應速度快、制備成本低、應用領域廣等特點。

A copolymer of ion inorganic composite electric double finger gripper and preparation method thereof

The invention discloses an ionic copolymer inorganic composite electric double finger gripper and a preparation method thereof, including multi ionic copolymer emulsion preparation, copolymer inorganic composite preparation, electric drive double refers to flexible grabber for preparing active material; ion copolymer composite electric active material without standard samples the machine is prepared under ambient temperature and pressure ion copolymer emulsion and inorganic conductive filler mixture slowly pouring on the flat bottom groove glass mould; the preparation of common raw materials, environmental protection, simple preparation process, the product has a low driving voltage, grasping ability, fast response and low cost preparation wide application field, etc..

【技術實現步驟摘要】
一種離子共聚物-無機復合電驅動雙指抓取器及其制備方法
本專利技術涉及電驅動智能材料器件設計制備
，尤其涉及的是一種離子共聚物-無機復合電驅動雙指抓取器及其制備方法。
技術介紹
仿生電驅動活性材料(Bionicelectricdrivingactivematerials,簡稱BEDAM)是根據仿生學原理模擬生物體組織細胞在生命活動過程中通過電位、極性的變化傳遞電信號實現基體組織神經傳導、肌肉收縮等生命活動的智能材料，其能夠在低壓直流電場作用下實現類似生物體組織收縮、膨脹、彎曲等復雜形態變化，并廣泛應用于人工器官、醫療器械、智能衣物、觸摸傳感器、仿生機器人等諸多領域。目前，BEDAM的基體材料主要選用離子型電致動聚合物(簡稱IEAP)，然后通過表面電極制備實現BEDAM組裝。IEAP是一類含有定量水分子和陰陽離子的高分子材料，具有質輕、柔性、工作電壓低、形變性能好、生物相容性好、安全性高等諸多優勢，其所含離子存在狀態為金屬陽離子能夠以水合離子形式在高分子縫隙間自由移動，非金屬陰離子剛性連接在高分子鏈上不可移動；當在IEAP上下表面覆蓋電極層并施加直流電壓后，IEAP基體內的水合陽離子在直流電場作用下定向移動到負極側，與高分子鏈剛性連接的非金屬陰離子盡管同樣受到直流電場作用卻難以向正極側移動，這一差異使離子遷移過程產生失衡，大量水合陽離子集中在IEAP負極側使其快速膨脹，IEAP正極側因失去水合陽離子不斷收縮，IEAP整體向正極側彎曲形變；當改變直流電壓方向，水合陽離子反方向移動，IEAP整體向反方向彎曲形變。利用IEAP電驅動形變特性進行合理設計組裝可得到一套完整的BEDAM雙指柔性抓取器設備系統，該系統可應用于仿生機器人、智能柔性抓取器等領域，實現無人無機械條件下的智能抓取功能，主要解決不適宜人工和機械工作等極端環境下的樣品采集需求。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是通過合理設計、精密組裝提供一種離子共聚物-無機復合電驅動雙指抓取器及其制備方法。為實現上述目標，本專利技術的技術方案為：一種離子共聚物-無機復合電驅動雙指柔性抓取器的制備方法，包括多元離子共聚物乳液制備、離子共聚物-無機復合電驅動活性材料制備、雙指柔性抓取器的制備；多元離子共聚物乳液由四種組分組成，分別為：剛性結構單元組分、柔性結構單元組分、離子交換功能單元組分和緩沖增強功能單元組分；多元離子共聚物納米乳液制備方法為：采用半連續乳液聚合工藝，首先對反應單體采取減壓蒸餾處理去除阻聚劑并低溫儲存備用；提前配制質量分數為1-4％的過硫酸鉀水溶液；按照工藝配方依次將磁子、乳化劑十二烷基硫酸鈉、離子交換功能單元組分、緩沖增強功能單元組分、去離子水加入圓底燒瓶內，將剛性結構單元組分、柔性結構單元組分混合于恒壓滴液漏斗中備用，向圓底燒瓶內充氮氣15-60min確保無氧環境，同步打開恒溫磁力攪拌器，溫度設定45-70℃，轉速設定300r/min；轉速穩定后，將二分之一混合組分向圓底燒瓶中滴加，滴加速度1-3d/s，并開始計時，乳化0.5-1.5小時后，迅速升溫至65-95℃；達到預設溫度后，向圓底燒瓶中加入30-60％的引發劑水溶液，待無混合組分回流時，向圓底燒瓶中滴加剩余混合組分，滴加速度0.2-2d/s，并分1-3次加入剩余引發劑水溶液；混合組分滴加完畢后，保溫反應0.5-3小時，室溫冷卻至45-55℃時過濾反應產物得到白色聚合物納米乳液，最終降至室溫密封保存；離子共聚物-無機復合電驅動活性材料標準樣品制備方法為：常溫常壓環境下按比例將多元離子共聚物乳液和無機導電填料混合(電極層厚度控制范圍0.05-0.2μm)，混合液緩慢澆注于平底凹槽玻璃模具內，常溫常壓下晾干揭下，按照標準樣品尺寸裁剪備用，將2個標準樣品膜進行粘合，聚合物層為內側，電極層為外側，以多元離子共聚物乳液為粘合劑，可得到標準樣品；離子共聚物-無機復合電驅動雙指柔性抓取器為：在兩個夾持座安裝左右兩個電極觸點、將電極觸點與導線連接，分別將2個標準樣品置于兩個夾持座夾口處，使用鐵架臺將夾持座固定，最終將雙指柔性抓取器、可調直流穩壓電源、C31-VA直流伏安表用導線連接即可得到一套完整的離子共聚物-無機復合電驅動雙指柔性抓取器設備。所述的制備方法，無機導電填料通常可選用碳纖維、碳納米管、石墨烯及其改性產品等，也可混合使用。所述的制備方法，剛性結構單元組分選用甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯及其衍生物和丙烯腈等單體，約占總單體的20-60mol％；柔性結構單元組分選用長鏈乙烯醚、丙烯酸酯類和對苯烷基乙烯基醚等單體，約占總單體的20-70mol％；離子交換功能單元組分通常含有堿金屬陽離子、非金屬陰離子以及不飽和雙鍵等結構，屬于同時包含有機、無機兩相的表面活性物質，可選用烯烴基磺酸鹽或苯乙烯磺酸鹽等高電離度的有機磺酸鹽，約占總單體量的5-40mol％；緩沖增強功能單元組分主要發揮有機、無機兩相增容作用和吸水鎖水能力分別提升材料力學性能和離子交換性能，通常選用結構與離子交換功能單元組分類似，低電離度的有機羧酸鹽，該組分一方面自身存在電離水解平衡，能夠最大限度鎖住水分子提高離子傳導能力，同時自身也具有離子傳導能力，另一方面就整體而言其有機相比重更大，在離子聚合物體系內能夠對有機磺酸鹽結構起到過渡緩沖作用，緩沖增強功能單元組分可選用單體有丙烯酸及其衍生酸類、丙烯酸鹽類及其衍生物羧酸鹽類單體，約占總單體量的10-40mol％；同一工藝配方中，以上各單體用量之和為100％。任一所述的制備方法獲得的離子共聚物-無機復合電驅動雙指柔性抓取器，在2-4v直流電壓作用，可在2-5秒內將目標物抓起，最大抓取寬度3cm，最大抓取質量5g，連續抓取次數>10次。如圖1所示；離子共聚物-無機復合電驅動雙指柔性抓取器設備系統的設計組裝工藝為：對2支試管夾安裝電極觸點、連接導線以及捆綁固定實現雙指柔性抓取器的固定底座組裝，分別將2個標準樣品置于2支試管夾夾口處，使用鐵架臺將固定底座夾持住，最終將雙指柔性抓取器、可調直流穩壓電源、C31-VA直流伏安表用導線連接即可得到一套完整的離子共聚物-無機復合電驅動雙指柔性抓取器設備系統，如圖2所示。本專利技術與現有柔性抓取器相比，具有抓取速度快，連續抓取次數高等優勢。附圖說明圖1為離子共聚物-無機復合電驅動活性材料標準樣品制備工藝圖；圖2為離子共聚物-無機復合電驅動雙指柔性抓取器示意圖。1導線，2電極觸點，3固定部，4電驅動材料，5抓取動作示意，6夾持座。具體實施方式以下結合具體實施例，對本專利技術進行詳細說明。實施例1(1)實驗準備工作：將剛性結構單元組分甲基丙烯酸甲酯、柔性結構單元組分丙烯酸正丁酯進行減壓蒸餾提純，分別量取20ml甲基丙烯酸甲酯和20ml丙烯酸正丁酯于恒壓滴液漏斗內混合備用；室溫配制質量分數為1％的過硫酸鉀水溶液(引發劑)備用；(2)甲基丙烯酸甲酯－丙烯酸正丁酯—丙烯酸鈉－丙烯磺酸鈉四元離子共聚物納米乳液聚合：安裝實驗反應裝置，分別取1.2g十二烷基苯磺酸鈉、12ml丙烯酸鈉、4g丙烯磺酸鈉、50ml去離子水依次加入到圓底燒瓶內(250ml)，打開恒溫磁力攪拌器，溫度設定48℃，轉速設為300r/min，同步向圓底燒瓶內充入氮氣30min確保無氧環境；待轉速穩定后，緩本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種離子共聚物?無機復合電驅動雙指柔性抓取器的制備方法，其特征在于，包括多元離子共聚物乳液制備、離子共聚物?無機復合電驅動活性材料制備、雙指柔性抓取器的制備；多元離子共聚物乳液由四種組分組成，分別為：剛性結構單元組分、柔性結構單元組分、離子交換功能單元組分和緩沖增強功能單元組分；多元離子共聚物納米乳液制備方法為：采用半連續乳液聚合工藝，首先對反應單體采取減壓蒸餾處理去除阻聚劑并低溫儲存備用；提前配制質量分數為1?4％的過硫酸鉀水溶液；按照工藝配方依次將磁子、乳化劑十二烷基硫酸鈉、離子交換功能單元組分、緩沖增強功能單元組分、去離子水加入圓底燒瓶內，將剛性結構單元組分、柔性結構單元組分混合于恒壓滴液漏斗中備用，向圓底燒瓶內充氮氣15?60min確保無氧環境，同步打開恒溫磁力攪拌器，溫度設定45?70℃，轉速設定300r/min；轉速穩定后，將二分之一混合組分向圓底燒瓶中滴加，滴加速度1?3d/s，并開始計時，乳化0.5?1.5小時后，迅速升溫至65?95℃；達到預設溫度后，向圓底燒瓶中加入30?60％的引發劑水溶液，待無混合組分回流時，向圓底燒瓶中滴加剩余混合組分，滴加速度0.2?2d/s，并分1?3次加入剩余引發劑水溶液；混合組分滴加完畢后，保溫反應0.5?3小時，室溫冷卻至45?55℃時過濾反應產物得到白色聚合物納米乳液，最終降至室溫密封保存；離子共聚物?無機復合電驅動活性材料標準樣品制備方法為：常溫常壓環境下按比例將多元離子共聚物乳液和無機導電填料混合(電極層厚度控制范圍0.05?0.2μm)，混合液緩慢澆注于平底凹槽玻璃模具內，常溫常壓下晾干揭下，按照標準樣品尺寸裁剪備用，將2個標準樣品膜進行粘合，聚合物層為內側，電極層為外側，以多元離子共聚物乳液為粘合劑，可得到標準樣品；離子共聚物?無機復合電驅動雙指柔性抓取器為：在兩個夾持座安裝左右兩個電極觸點、將電極觸點與導線連接，分別將2個標準樣品置于兩個夾持座夾口處，使用鐵架臺將夾持座固定，最終將雙指柔性抓取器、可調直流穩壓電源、C31?VA直流伏安表用導線連接即可得到一套完整的離子共聚物?無機復合電驅動雙指柔性抓取器設備。...

【技術特征摘要】
1.一種離子共聚物-無機復合電驅動雙指柔性抓取器的制備方法，其特征在于，包括多元離子共聚物乳液制備、離子共聚物-無機復合電驅動活性材料制備、雙指柔性抓取器的制備；多元離子共聚物乳液由四種組分組成，分別為：剛性結構單元組分、柔性結構單元組分、離子交換功能單元組分和緩沖增強功能單元組分；多元離子共聚物納米乳液制備方法為：采用半連續乳液聚合工藝，首先對反應單體采取減壓蒸餾處理去除阻聚劑并低溫儲存備用；提前配制質量分數為1-4％的過硫酸鉀水溶液；按照工藝配方依次將磁子、乳化劑十二烷基硫酸鈉、離子交換功能單元組分、緩沖增強功能單元組分、去離子水加入圓底燒瓶內，將剛性結構單元組分、柔性結構單元組分混合于恒壓滴液漏斗中備用，向圓底燒瓶內充氮氣15-60min確保無氧環境，同步打開恒溫磁力攪拌器，溫度設定45-70℃，轉速設定300r/min；轉速穩定后，將二分之一混合組分向圓底燒瓶中滴加，滴加速度1-3d/s，并開始計時，乳化0.5-1.5小時后，迅速升溫至65-95℃；達到預設溫度后，向圓底燒瓶中加入30-60％的引發劑水溶液，待無混合組分回流時，向圓底燒瓶中滴加剩余混合組分，滴加速度0.2-2d/s，并分1-3次加入剩余引發劑水溶液；混合組分滴加完畢后，保溫反應0.5-3小時，室溫冷卻至45-55℃時過濾反應產物得到白色聚合物納米乳液，最終降至室溫密封保存；離子共聚物-無機復合電驅動活性材料標準樣品制備方法為：常溫常壓環境下按比例將多元離子共聚物乳液和無機導電填料混合(電極層厚度控制范圍0.05-0.2μm)，混合液緩慢澆注于平底凹槽玻璃模具內，常溫常壓下晾干揭下，按照標準樣品尺寸裁剪備用，將2個標準樣品膜進行粘合，聚合物層為內側，電極層為外側，以多元離子共聚物乳液為粘合劑，可得到標準樣品；離子共聚物-無機復合電驅動雙指柔性抓取器為：在兩...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊波，唐建國，王瑤，劉繼憲，黃林軍，王彥欣，
申請(專利權)人：青島大學，
類型：發明
國別省市：山東,37