[发明专利]一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器及其制备方法，由自愈合的非交联的PDOU薄膜NPDOU和交联的PDOU薄膜CPDOU组成。本发明基于本征型自愈合的聚肟氨酯弹性体的可重构软驱动器，具有不同交联度的PDOU弹性体对溶剂表现出不同的响应性，并且可以无缝愈合；组装的驱动器/机器人无需任何外部刺激下通过简单的剪裁和重新组装实现重新编程以显示多种驱动模式，为构造复杂的软机器人铺平了一条简单、有力、通用的路径。

技术领域

本发明属于软体驱动器领域，特别涉及一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器及其制备方法。

背景技术

软体驱动器相较于刚性驱动器具有低成本、低密度、高自由度、高适应性、良好的人机交互界面等优点，其被广泛应用于软体机器人、人工肌肉、微型设备、柔性传感等领域。驱动器为软机器人中产生运动的关键部件，这使其对软机器人的发展至关重要，而受到广泛关注。智能驱动材料能够响应诸如溶剂，热，光，电场，磁场，湿度等刺激表现出可逆的形状转换。各向异性结构是驱动器能在刺激下能够产生变形或运动的关键。目前可用于制备驱动器各向异性结构的方法主要包括一锅法、逐层聚合、3D打印、光刻、离子印刷等。这些驱动器往往引入化学交联来固定各向异性结构，并稳定其驱动性能。然而，稳定的交联结构限制了驱动器的形变的多样性和后处理能力。因此，传统的驱动器在刺激下只能产生预设的变形应用于单一的场合。为了解决这一缺点，研究人员提出了重构。重构是重新配置驱动器中各向异性结构以实现多模式驱动的过程，即单个器件在刺激下表现出多种驱动行为。可重构驱动器能够对其各向异性结构进行微小的修改以适应新的任务。这比制造新驱动器更方便、实用兼有更低的成本。重构过程有利于提升资源的利用率和可持续性发展。可重构性也有望成为具有先进可调变形能力的新一代自适应软驱动器的关键。

目前实现驱动器的可重构性的方法仍较少。目前所报道的可重构驱动策略主要包括使用可逆反应来改变分子结构，如液晶基元的重排，偶氮苯的顺-反异构化，可逆交联。这些方法修改了驱动器中的各向异性结构，以实现多模式驱动。但其往往需要外部刺激(例如加热和图案照明)来促进这些可逆反应，从而改变驱动器中的各向异性结构。一些热刺激的动态反应在不加热的情况下也可能会发生。这会扰乱液晶基元的有序取向，这不利于驱动的稳定。对于获得图案化的光场照射，具有各种蚀刻图案的精密光刻掩模是必不可少的。由于光线的穿透力差，驱动器往往被做的很薄，这限制其应用。其他一些方法也被报道用于驱动器的重构，如修改响应涂层的图案。但是，这种重构过程通常涉及到危险的强酸或强碱，这可能会损坏驱动器。此外，超分子粘合剂通过重构其各向异性结构被实现驱动器的重构。但是，该粘合剂只能施加到特定的基材表面上，并且每个重构过程都需要新的一批粘合剂。此外，需要化学药品来去除先前的粘合剂，该复杂的过程可能对驱动器有害。这些重构过程往往涉及到精密设备、外加试剂和外加刺激。这限制了变形的多样性和可重构驱动器的实际应用。因此，设计一种简单而通用的方法来制造可重构驱动器并实现简便重构仍然是一个挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器及其制备方法，基于本征型自愈合的聚肟氨酯弹性体的可重构软驱动器，具有不同交联度的PDOU弹性体对溶剂表现出不同的响应性，并且可以无缝愈合。

本发明提供了一种基于自愈合弹性体的可重构驱动器，由自愈合的非交联的PDOU薄膜NPDOU和交联的PDOU薄膜CPDOU组成。

所述NPDOU和CPDOU由聚四氢呋喃二醇PTMG、丁二酮肟DMG、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI和二亚乙基三胺DETA缩聚而得。

所述NPDOU的结构式为：

所述CPDOU的结构式为：

其中，

m,n,x的数值范围为m/n＝1/1-4/1，n＝8-40，x＝7-28。