[发明专利]一种黑磷碳纳米管复合材料作为非接触式静电响应驱动器的应用

说明书

本发明公开一种黑磷碳纳米管复合材料作为静电响应驱动器的应用，涉及柔性智能薄膜驱动器技术领域，驱动器包括黑磷层和碳纳米管，黑磷层为多层结构，碳纳米管位于相邻黑磷层之间，碳纳米管与黑磷层之间通过共价键键合，驱动器的厚度为20‑30μm。本发明的有益效果在于：静电驱动操作简单、可控性强，驱动源获取方式简便，且可以避免材料直接接触强刺激源导致自身分解，提高了驱动器的循环稳定性，通过利用这种刺激源的特性，能够有效提高驱动器的性能和应用范围。

技术领域

本发明涉及柔性智能薄膜驱动器技术领域，具体涉及一种黑磷碳纳米管复合材料作为非接触式静电响应驱动器的应用。

背景技术

由柔性智能材料组成的驱动器件能够在电、磁、热、湿度等外界刺激下发生特定响应，在一定范围内改变自身形状和尺寸，具有柔软灵活、体积小、质量轻、响应速度快和环境适应性好等诸多优点，因而被广泛地应用于微型仿生机器人、人造肌肉、智能驱动等领域。

目前研究的大部分驱动器需要在外界对其施加强刺激源(如强光照、强磁场、高电压等)才能驱动，这可能会导致材料表面氧化或分解，进而影响器件使用寿命。公开号为CN107029565A的专利公开了基于氧化石墨烯的光驱动双层复合膜及其制备方法与应用。该光驱动双层复合膜需要在强光照条件下才能实现弯曲变形，但强光照、高电压等刺激源在日常生活中难以获取，这限制了驱动器的应用范围，而静电场在实际生活中较易获得，比如只要将两种材料相互摩擦，材料表面的静电荷即可产生一定强度的静电场。另一方面，在传统电驱动方式中，往往需要在器件上接入电极和导线，这样会限制器件的运动，还有可能在接入电极和导线时污染器件，而使用静电力驱动可有效避免这类问题。

拓展智能驱动材料的应用，关键在于发展高性能的智能驱动材料以及新的驱动方式。在一定条件下，不同材料表面由于接触电气化或静电感应而带有不同极性的电荷，电荷间存在异性相吸、同性相斥的现象。当某一带电物体靠近另一带电物体时，由于表面电荷极性相同或相异，物体受到静电力的作用，进而产生形变或运动。因此，使用静电力来驱动柔性薄膜器件是实现非接触式驱动器的理想方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的驱动器、驱动器需要与强刺激源直接接触后才可以产生响应，且刺激源获取方式较难，提供一种黑磷碳纳米管复合材料作为非接触式静电响应驱动器的应用。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种黑磷碳纳米管复合材料作为非接触式静电响应驱动器的应用，所述驱动器包括黑磷层和碳纳米管，所述黑磷层为多层结构，所述碳纳米管位于相邻黑磷层之间，所述碳纳米管与黑磷层之间通过共价键键合，所述驱动器的厚度为20-30μm。

工作原理：本发明利用接触电气化和静电感应的原理，由于驱动器单层的黑磷和碳管膜组成，厚度在20-30μm，很薄很轻，由于薄膜和空气、基板等物品接触，表面携带了一定的静电荷，当驱动器与表面携带不同或相同静电荷的物体靠近时，因为静电响应，驱动器表面会产生更多的静电荷，由于携带电荷极性不同或相同，就会相互吸引或排斥，从而使黑磷碳纳米管复合材料发生形变、爬行、滚动或跳跃。

有益效果：驱动器中的黑磷层为多层结构，驱动器的厚度为20-30μm，具有柔韧性，且摩擦电性能优异，黑磷表面具有官能团，可作为额外位点来捕获电荷；在黑磷层之间夹杂碳纳米管，可以增加其层宽，增加它的层间电子传导，有助于静电感应产生更多的静电荷，宏观反映为相应速度更快，同时增加驱动器的机械稳定性，单纯的黑磷较难成膜，加入碳纳米管后，可以增加其成膜性，膜弯曲产生的力就会更大。当带电物体靠近驱动器时，驱动器在物体产生的静电场中受到静电力的驱动，导致驱动器产生形变或运动，且运动形式多样。

静电驱动操作简单、可控性强，驱动源获取方式简便，且可以避免材料直接接触强刺激源导致自身分解，提高了驱动器的循环稳定性，通过利用这种刺激源的特性，能够有效提高驱动器的性能和应用范围。