[发明专利]一种形状自适应的磁控自感知柔性管道及其制备方法

说明书

本发明公开了一种形状自适应的磁控自感知柔性管道及其制备方法，包括空心圆柱形流场管道，多匝线圈，多个各向异性磁敏弹性体和压电薄膜传感器，多个各向异性磁敏弹性体中心对称排布于流场管道的横截面上，流场管道相应位置的外表面上被安置多匝线圈，附着在各向异性磁敏弹性体上的压电薄膜传感器感知磁敏弹性体的变形量实现柔性管道的自感知。本发明结构简单，材料低廉，功能多样；各向异性磁敏弹性体和压电薄膜传感器的尺寸易于调控，因此流场管道具有优异的形状自适应性；调节多匝线圈通电后在管道内部产生的磁场，来改变多个各向异性磁敏弹性体的离面变形量，从而改变管道的横截面积；通过压电薄膜传感器获知各向异性磁敏弹性体的变形程度，实现自感知。

技术领域

本发明涉及一种柔性管道，尤其涉及一种形状自适应的磁控自感知柔性管道及其制备方法。

背景技术

柔性管道较刚性管道而言，具有良好的柔顺性，且对所运送物料损伤小，被广泛应用于食品加工、天然气输送、污水处理等行业。此外，数十到数百微米具有一定弹性的微管道是微流控芯片的重要组成部分，被用来处理或操纵微小流体，在生物医学研究中具有巨大的发展潜力。然而无论是柔性管道还是微管道，它们大多具有固定的横截面积，或者只有打开和关闭两个工况，难以实现物料流速的连续控制。并且，当输运有毒有害物料时，人工开关管道阀门，安全性不高。传统的磁控管道阀门可以通过连接电磁线圈的电源线实现远程控制，但是结构较为复杂。

发明内容

本发明针对现有柔性管道存在的上述不足，提出一种形状自适应的柔性管道。

本发明采用的技术方案为：一种形状自适应的磁控自感知柔性管道，包括：空心圆柱形流场管道，多匝线圈，多个各向异性磁敏弹性体和压电薄膜传感器，其中：多个各向异性磁敏弹性体中心对称排布于流场管道的横截面上，流场管道相应位置的外表面上被安置多匝线圈，附着在各向异性磁敏弹性体上的压电薄膜传感器感知磁敏弹性体的变形量实现柔性管道的自感知。

所述的流场管道形状自适应，采用硅橡胶、天然橡胶、聚氨酯、丙烯酸树脂、顺丁橡胶或者其组合的共混物制成。

所述的多匝线圈包括紫铜线圈、铝线圈或绕组线。

所述的多个各向异性磁敏弹性体包括：磁性颗粒，包括含铁、钴、镍和/或其组合形成的合金的微纳米颗粒；高分子基体，包括硅橡胶、天然橡胶、聚氨酯、丙烯酸树脂、顺丁橡胶或者其组合的共混物。

所述的多个各向异性磁敏弹性体的x和y两个方向的尺寸至少是z方向的尺寸的5倍。

所述的多个各向异性磁敏弹性体内部磁性颗粒沿xy平面呈链状或簇状分布。

所述的多个各向异性磁敏弹性体在通电线圈产生的磁场作用下发生离面大变形，从而改变流场管道的横截面积。

所述的多个各向异性磁敏弹性体的抗弯刚度随多匝线圈的电流变化。

所述的压电薄膜传感器包括：压电薄膜，包括聚偏氟乙烯薄膜及以它为代表的其他有机压电薄膜材料；位于压电薄膜上下表面的两电极层，包括碳浆或金属浆料；分别与两电极层相连的导线，包括银导线及以它为代表的其他非铁磁性导线。

所述的金属浆料包括金、银、铜中的至少一种或多种组成的共混浆。

一种形状自适应的磁控自感知柔性管道的制备方法，包括：

步骤1、将磁敏弹性体前驱体在磁场中高温硫化，形成各向异性磁敏弹性体；

步骤2、将压电薄膜上下表面涂布导电浆料和导线，同时把各向异性磁敏弹性体粘结在压电薄膜的表面形成双层结构；

步骤3、再利用聚二甲基硅氧烷将双层结构粘接在空心流场管道壁上，然后在另一段空心流场管道壁上涂满聚二甲基硅氧烷，跟复合结构的另一个面粘接，实现流场管道的对接；

步骤4、最后将这两段流场管道的粘接位置外表面上布置多匝线圈。