(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211296758.5 (22)申请日 2022.10.21 (71)申请人 福建农林大 学 地址 350000 福建省福州市仓山区上 下店 路15号 (72)发明人 李轶男　郑清洪　倪永浩　黄六莲　 陈礼辉　 (74)专利代理 机构 广州粤高专利商标代理有限 公司 44102 专利代理师 牛念 (51)Int.Cl. F03G 7/00(2006.01) F03G 7/06(2006.01) C23C 14/30(2006.01) C23C 14/12(2006.01)C23C 14/02(2006.01) C01G 9/02(2006.01) B82Y 40/00(2011.01) C08J 5/18(2006.01) C08J 7/12(2006.01) C08L 1/02(2006.01) C08K 3/22(2006.01) (54)发明名称 一种纤维素基隐形致动器及其制备方法和 应用 (57)摘要 本发明属于致动器技术领域， 公开了一种纤 维素基隐形致动器及其制备方法和应用。 该制备 方法包括将六水硝酸锌溶解在水中加入氨水混 合均匀。 通过离心、 清洗， 再高温下干燥获得ZnO   NPs。 将ZnO  NPs悬浮液加入NMMO和没食子酸丙 酯， 加入纤维素粉末充分混合。 利用涂布机刮成 膜， 干燥后成膜后， 在氩气等离子体表面处理后， 在RC‑ZnO复合膜上沉积一层P TFE薄膜， 即制得纤 维素基隐形致动器。 该致动器表现出优异的致动 性能， 在200次循环后仍然能弯曲到360 °； 且未出 现明显的断裂和褶皱现象， 阻力为6.17mN， 最大 弯曲曲率为3.0cm‑1， 响应时间低于8s， 可应用于 仿生装置和家居智能设备。 权利要求书1页 说明书10页 附图10页 CN 115492732 A 2022.12.20 CN 115492732 A 1.一种纤维素基隐形致动器的制备 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 以ZnO/纤维素纳米复合膜为基底， 先用氩气等离子体表面处理， 再使用电子束蒸发沉 积系统蒸镀生长一层PTFE薄膜， 得到所述纤维素基隐形致动器。 2.根据权利要求1所述制备方法， 其特征在于， 所述等离子体表面处理 的工艺条件为将 腔体内的压力抽到4 ×10‑4～6×10‑4Pa,通入气体流量为20～30sccm,RC ‑ZnO复合膜用氩气 等离子体预处理8 ‑12min， 以激活表 面并提高PT FE膜和复合膜之间的结合强度,镀膜压力为 1.5～2.5Pa,旋转速度为14～18rpm,功率 为25～35W。 3.根据权利 要求1所述制备方法， 其特征在于， 所述ZnO/ 纤维素纳米复合膜的厚度为10 ～14 μm； 所述PTFE薄膜的厚度为0.7～1.0 μm。 4.根据权利要求1所述制备方法， 其特征在于， 所述蒸镀电压为7～ 11KV， 电流为0.45～ 0.85mA， 时间为3 0～60min。 5.根据权利要求1所述制备方法， 其特征在于， 所述ZnO/纤维素纳米复合膜的制备方法 包括以下步骤： 1)取氨水加入到Zn(NO3)2溶液中混合均匀， 得到一定pH的混合液； 2)将步骤1)获得的混合液离心和过滤， 并用乙醇和超纯水洗涤沉淀物， 然后沉淀物通 过在550～650℃加热2.5～3.5 h， 得到ZnO  NPs； 3)将步骤2)得到的ZnO  NPs分散在去离子水中， 加入NMMO和没食子酸丙酯， 得到ZnO   NPs混合液； 4)将纤维素粉末加入到将步骤3)的混合液中， 搅拌使纤维素完全溶解； 5)将步骤4)得到的混合液采用涂布法制得凝胶膜； 6)将步骤5)得到的凝胶膜浸泡在碱性溶液中， 去除NMMO， 得到透明的凝胶膜； 再经真空 干燥即可获得ZnO/纤维素纳米复合膜。 6.根据权利要 求5所述制备方法， 其特征在于， 步骤1)的Z n(NO3)2溶液Zn(NO3)2的浓度为 0.6mol/L～1.0mol/L， 体积为140～180ml； 步骤1)氨水的摩尔浓度为12～20mol/L， 混合溶 液的pH为9.5～10.5 。 7.根据权利要求5所述制备方法， 其特征在于， 步骤3)所述ZnO  NPs质量为0.04～ 0.08g， 体积为1.8～2.2mL， 并超声15～2 5min； 步骤3)所述NMMO的质量为15.2 5～16.25g、 没 食子酸丙酯的质量 为0.0439 ～0.0499g。 8.根据权利 要求5所述制备方法， 其特征在于， 步骤4)所述纤维素粉末的质量为2.0625 ～3.0625g， 搅拌时间为2.5～ 3.5h； 步骤5)所述混合液刮膜速度为16～20cm/min， 凝胶 膜的 厚度为1.7～2.3mm； 步骤6)所述碱性溶液为氢氧化钠溶液、 氢氧化钾溶液， 碱性溶液的浓度 为0.45～0.75g/L； 步骤6)所述干燥的加热温度为5 5～65℃， 加热时间为2.5～3.5 h。 9.根据权利要求1～8任意 一项所述制备 方法制备 得到的纤维素基隐形致动器。 10.一种权利要求9所述纤维素基 隐形致动器的应用， 其特征在于， 应用于仿生装置和 家居智能设备。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115492732 A 2一种纤维素基隐形致 动器及其制备方 法和应用 技术领域 [0001]本发明属于致动器技术领域， 具体涉及一种纤维素基隐形致动器及其制备方法和 应用。 背景技术 [0002]致动器是一类可以将物理、 化学等能量(湿度、 光、 电、 pH和磁力)转化为机械能的 装置， 并且在软体机器人、 可穿戴设备和仿生装置中有良好的应用前景。 致动器一般由多层 材料组成， 利用不同层材料之间的膨胀系 数差异引起的不同大小的应力来实现致动效果。 但是， 大多 数致动器以石油基材料为基底， 具有不可再生性和不可生物降解性， 对环境会造 成了极大的危害。 [0003]纤维素是可再生和可生物降解的， 是石油基材料的理想替代品。 此外， 由于纤维素 材料具有制备高灵敏度致动器所需的超高膨胀系数(湿度膨胀系数)， 因此特别适合用于制 备致动器。 [0004]现有技术纸基复合材料致动器的研究， 公开了一种用拷贝纸制备出能对光和湿度 刺激产生响应的双层致动器， 即CNT ‑纸/BOPP致动器。 其利用CNT ‑纸复合材料对紫外至红外 波长的光有很强的吸收， 而BOPP几乎没有吸收。 由于碳纳米管具有优异的光热转换效率， 当 被近红外光辐 射时， 致动器的温度迅速上升。 该致动器如此大的曲率是 由以下两个机制共 同造成的： 一是热膨胀机制， 另一是纸的干缩湿胀机制。 然而， 该致动器不是透明致动器， 不 能用于需要高透明度的领域， 具有一定的局限性。 [0005]透明致动器具有高度的隐蔽性， 可以设计成隐形的仿生动物或用于秘密任务的隐 形机器人。 到目前为止， 大多 数报道的致动器都是非透明的， 特别是基于纤维素的透明致动 器还很少被报道。 [0006]现有技术报道了一种具有高灵敏度和稳定性的纤维素基致动器， 它可以由红外 (IR)光驱动。 通过使用人眼不可见的红外光来驱动透明致动器， 可以在不知不觉中控制隐 形仿生人或仿生机器人的运动， 并实现对隐形致动器的远程控制。 [0007]同样， 紫外线(UV)光是人眼看不见的， 也可用于透明致动器的远程控制。 太阳光的 紫外线部分大部分被大气吸收， 因此， 与红外光相比， 环境自然光的紫外线背景非常低。 用 紫外光控制透明致动器将不会受到环境 光的影响， 这有望实现对致动器的更精确控制。 [0008]透明再生纤维素由于其丰富的羟基可以吸收红外光， 但缺乏吸收紫外线的官能 团， 所以它对紫外线基本透明。 由纯纤维素薄膜制成的致动器不会对紫外线做出反应。 需要 在纤维素中引入紫外线吸收元素以提高再生纤维素的紫外线吸收能力。 现有技术文献An   environmentally  friendly  and highly transparent  ZnO/cellulose  nanocomposite   membrane  for UV sensing and shielding中公开了一种Zn O/纤维素纳米复合膜的制备方 法。说　明　书 1/10 页 3 CN 115492732 A 3