[发明专利]一种柔性执行器的制备方法

权利要求书

1.一种柔性执行器的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1：使用软件对纤维网格的结构进行设计，确定关键的结构参数，包括被动层纤维和主动层纤维的直径、间距、夹角θ，以及纤维网格整体的宽度、厚度和长度；

步骤2：将包含纤维网格结构信息的文件导入基于熔融沉积原理的3D打印机中，进行3D打印，最终制成柔性执行器内的纤维网格结构；打印原材料为聚乳酸墨水；所述纤维网格结构为包括被动层和主动层的双层结构，所述被动层设置有被动层纤维(6)，所述主动层设置有主动层纤维(7)，被动层纤维(6)沿长度方向等间距排布，主动层纤维(7)与被动层纤维(6)呈夹角θ等间距排布，所述夹角θ的取值满足：(-60≤θ≤-20)∩(20≤θ≤60)；

步骤3：将硅橡胶模具(9)覆盖在玻璃基板(10)上，硅橡胶模具(9)的厚度与纤维网格的厚度相同，硅橡胶模具(9)上设置有条形凹槽，条形凹槽的长度和宽度与纤维网格的尺寸相匹配；将3D打印制成的纤维网格放入等离子清洗机中进行氧等离子体刻蚀，之后，放入到硅橡胶模具(9)的条形凹槽中固定，且靠近被动层纤维的一侧朝上；

步骤4：采用两性聚电解质PA水凝胶作为柔性执行器的基质；在纤维网格刻蚀完成后，将水凝胶前驱液注入到硅胶模具中，并反复涂抹，使胶液与纤维网格充分接触；之后，使用紫外光灯对水凝胶前驱液进行照射，使其充分聚合固化；之后，将整个复合材料放入去离子水中浸泡，使水凝胶内部的离子充分键合。

2.根据权利要求1所述的柔性执行器的制备方法，其特征在于，还包括步骤5，待柔性执行器完全干燥后，使用旋涂法在其靠近被动层纤维一侧的表面镀PDMS橡胶薄膜。

3.根据权利要求1所述的柔性执行器的制备方法，其特征在于，步骤2中，打印头温度加热至260℃，挤出头的直径在0.05-0.2mm范围内选择。

4.根据权利要求1所述的柔性执行器的制备方法，其特征在于，步骤3中，氧等离子体刻蚀的刻蚀功率为30W，刻蚀时间为6min。

5.根据权利要求1所述的柔性执行器的制备方法，其特征在于，步骤4中，水凝胶前驱液含有4-苯乙烯磺酸钠NaSS单体、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMAEA-Q单体、交联剂溴乙酸MBAA和光引发剂α-酮戊二酸α-keto。

6.根据权利要求1所述的柔性执行器的制备方法，其特征在于，步骤4中，在纤维网格刻蚀完成后的10min内，将水凝胶前驱液注入到硅胶模具中，并反复涂抹。

7.根据权利要求1所述的柔性执行器的制备方法，其特征在于，步骤4中，使用波长为365nm的紫外光灯对水凝胶前驱液进行照射，时间为12h。

8.根据权利要求1所述的柔性执行器的制备方法，其特征在于，步骤4中，将整个复合材料放入去离子水中浸泡超过5天。

9.根据权利要求2所述的柔性执行器的制备方法，其特征在于，步骤5中，将PDMS的交联剂与固化剂按照10:1的比例调配成胶液，并搅拌均匀、去泡处理后使其变成完全透明的PDMS溶液；使用移液枪吸取10ml溶液滴落到柔性执行器表面上，在旋涂机中设定转速和时间，以旋涂的方式实现胶液的铺展；将柔性执行器连同玻璃基底放入烘干箱内烘干，使PDMS液膜完全固化；最终，用刀片将制备完成的柔性执行器从橡胶模具的凹槽中取出。