[发明专利]纳米操纵器

说明书

本发明涉及一种纳米操纵器，包括一基体和一夹持结构，所述夹持结构包括两个纳米纤维致动器，两个所述纳米纤维致动器间隔设置在所述基体上，所述纳米纤维致动器包括一复合结构体及一二氧化钒层，所述复合结构体包括一碳纳米管线及一氧化铝层，所述氧化铝层包覆在所述碳纳米管线的表面并与所述碳纳米管线同轴设置，所述二氧化钒层包覆在所述复合结构体的表面，且所述二氧化钒层与所述复合结构体非同轴设置。

技术领域

本发明涉及一种纳米操纵器，尤其涉及一种基于碳纳米管的纳米操纵器。

背景技术

致动器的工作原理为将其它能量转换为机械能，实现这一转换经常采用的途径有三种：通过静电场转化为静电力，即静电驱动；通过电磁场转化为磁力，即磁驱动；利用材料的热膨胀或其它热特性实现能量的转换，即热驱动。

采用上述热驱动进行能量转换的致动器为热致动器。现有的热致动器通常是以聚合物为主体的膜状结构，通过电流使聚合物温度升高并导致明显的体积膨胀，从而实现致动。热致动设备的原理决定了电极材料必须具备很好的导电性、柔性和热稳定性。

含有碳纳米管的复合材料已被发现可用来制备电热致动复合材料。现有技术提供一种含有碳纳米管的电热致动复合材料，包括柔性高分子基底材料及分散在柔性高分子基底材料中的碳纳米管。含有碳纳米管的电热致动复合材料可以导电，通电以后可发热，发热后，所述含有碳纳米管的电热致动复合材料体积发生膨胀，进而实现弯曲致动。然而，该电热致动复合材料只能朝一个方向弯曲，应用范围较窄。

发明内容

本发明提出一种能够双向致动且能够快速夹持目标物的纳米操纵器。

一种纳米操纵器，包括一基体和一夹持结构，所述夹持结构包括两个纳米纤维致动器，两个所述纳米纤维致动器间隔设置在所述基体上，其特征在于，所述纳米纤维致动器包括一复合结构体及一二氧化钒层，所述复合结构体包括一碳纳米管线及一氧化铝层，所述氧化铝层包覆在所述碳纳米管线的表面并与所述碳纳米管线同轴设置，所述二氧化钒层包覆在所述复合结构体的表面，且所述二氧化钒层与所述复合结构体非同轴设置。

相较于现有技术，本案提供的纳米操纵器包括两个所述纳米纤维致动器，所述纳米纤维致动器中所述二氧化钒层与所述复合结构体非同轴设置，且所述二氧化钒层与所述复合结构体之间的热失配使所述纳米纤维致动器具有大幅度的双向致动功能，所述纳米纤维致动器在两个方向均具有较大的位移，形变较大，利于所述纳米操纵器夹持及转移目标物。由于所述纳米纤维致动器的直径为纳米级，利于夹持纳米级颗粒，同时所述纳米纤维致动器的响应速度快，利于提高夹持速度。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的纳米纤维致动器的结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的纳米纤维致动器在加热和冷却过程中弯曲变化的光学照片。

图3为本发明第一实施例提供的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图4为本发明第一实施例提供的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图5为本发明第一实施例提供的纳米纤维致动器在加热和冷却的过程中的四个致动阶段的示意图。

图6为本发明第一实施例提供的纳米纤维致动器的位移与加热温度的函数关系图。

图7为纯二氧化钒薄膜在加热和冷却过程中电阻和温度的关系图。

图8为本发明第一实施例提供的纳米纤维致动器在加热和冷却过程中电阻与温度的关系图。

图9为本发明第一实施例提供的纳米纤维致动器的位移与激光功率强度的函数关系图。

图10为本发明第一实施例提供的纳米纤维致动器的制备方法流程图。

图11为本发明第二实施例提供的仿生手臂的结构示意图。