[发明专利]基于液气相变材料的可重构微纳结构及制造、操控方法

权利要求书

1.一种基于液气相变材料的可重构微纳结构，其特征在于：包括构成微纳结构主体的支撑结构和与之连接的可重构功能关节，按照需求和设计分布在不同的位置；其中可重构功能关节呈胶囊结构，由弹性功能材料包裹液气相变材料构成，可重构功能关节内腔可以按照实际需求设计为单腔室或多腔室结构，弹性功能材料不进行约束或按照设计和需求进行单一维度或多维度的约束，使其能够在设计所需的维度进行形变和实现驱动功能；液气相变材料按照实际需求选择单一或多种液气相变材料；支撑结构为微纳尺度的二维或三维复杂结构，其在可重构功能关节的驱动下进行旋转、平移、扭转的运动。

2.根据权利要求1所述的一种基于液气相变材料的可重构微纳结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)使用电脑建模软件绘制微纳尺度的三维结构或零件实体，根据所需的形变要求，通过软件或人工的方式设计出所需使用的液气相变材料类型、原位嵌入位置与相变材料用量；再根据所需制造的微纳尺度的三维结构或零件实体，以及需要嵌入液气相变材料的位置和尺寸，通过软件或者人工的方式设计结构化模板与接收平台之间相对移动路径和顺序，并编写控制结构化模板或接收平台移动的数控代码；

2)将弹性功能材料预聚物溶液与液气相变材料在相应温度下分别装入不同的数控挤出装置内，分别调整弹性功能材料预聚物溶液与液气相变材料的挤出速度，然后将结构化模板分别与对应的挤出设备相连接，并逐一调整接收平台的位置和各结构化模板的高度，使不同的结构化模板均在接收平台的坐标系中具有固定可知的位置；

3)通过接收平台控制与弹性功能材料预聚物溶液挤出装置连接的结构化模板或接收平台按照步骤1)中设计好的移动路径、速度和顺序进行立体空间移动，当弹性功能材料预聚物溶液通过与弹性功能材料预聚物溶液挤出装置连接的结构化模板挤出形成微纳尺寸的液态线条时，通过控制弹性功能材料预聚物溶液固化条件的方式来调控微纳弹性功能材料预聚物挤出丝的固化程度，使微纳弹性功能材料预聚物挤出丝与相邻微纳弹性功能材料预聚物挤出丝之间牢固融合；按照数控程序不断调控与弹性功能材料预聚物溶液挤出装置连接的结构化模板的立体空间运动和与装有弹性功能材料预聚物溶液的数控挤出装置的挤出速率；

4)当制造进行到需要原位嵌入液气相变材料的位置时，数控代码控制结构化模板的立体空间运动和装有弹性功能材料预聚物溶液的数控挤出装置的挤出速率，在该位置形成一个用于容纳液气相变材料的腔体，并暂停模板运动与弹性功能材料预聚物溶液挤出操作；

5)通过数控代码或人工的方式将与弹性功能材料预聚物溶液挤出装置连接的结构化模板切换为与液气相变材料挤出装置连接的结构化模板；

6)通过接收平台控制与液气相变材料挤出装置连接的结构化模板或者接受平台按照步骤1)中设计好的移动路径移动到对应的位置，并控制装有液气相变材料的挤出装置的挤出速率，在对应腔体内注入对应类型和对应体积的液气相变材料；

7)当液气相变材料注入完成后，暂停模板运动与材料挤出操作，通过数控代码或人工的方式将与液气相变材料挤出装置连接的结构化模板切换为与弹性功能材料预聚物溶液挤出装置连接的结构化模板；

8)重复步骤3)-步骤7)，在接收平台上制造出可重构微纳结构。

3.根据权利要求2所述的一种基于液气相变材料的可重构微纳结构的制造方法，其特征在于：所述的步骤2)中的弹性功能材料预聚物溶液为可固化的液态功能材料，包括硅橡胶材料、热塑性弹性体材料、尼龙、水凝胶材料和紫外光固化胶，硅橡胶材料为PDMS或Ecoflex，热塑性弹性体材料为热塑性聚氨酯弹性体材料TPU或TPE，水凝胶材料为海藻酸钠水凝胶或聚丙烯酸钠水凝胶，紫外光固化胶为NOA81或卡夫特。

4.根据权利要求2所述的一种基于液气相变材料的可重构微纳结构的制造方法，其特征在于：所述的步骤1)中的液气相变材料为常压下、-25℃至150℃范围内为液态，150℃以上为气态的单一液体或混合溶液，包括去离子水、乙醇溶液和多元醇溶液。

5.根据权利要求2所述的一种基于液气相变材料的可重构微纳结构的制造方法，其特征在于：所述的步骤2)中的相应温度为所选液气相变材料在常压下呈液态的温度范围内的某一温度。