超高强度超敏湿响应纤维作为湿度驱动在致动器方面的应用制造技术

本发明专利技术属于纳米材料技术领域，特别涉及一种超高强度超敏湿响应纤维作为湿度驱动在致动器方面的应用。该纤维作为弹簧使用，利用湿感应溶胀，具有旋转特性，可以像弹簧一样弹开。一种超高强度超敏湿响应纤维制成的远程降雨指示器，主要由激光灯光源、感应解旋纤维材料和带有光敏电阻的光控电路三部分组成，感应解旋纤维材料下方连接有可随感应解旋纤维材料旋转的挡板，光控电路连接有蜂鸣器。光控电路连接有蜂鸣器。

【技术实现步骤摘要】
超高强度超敏湿响应纤维作为湿度驱动在致动器方面的应用


[0001]本专利技术属于纳米材料
，特别涉及一种超高强度超敏湿响应纤维作为湿度驱动在致动器方面的应用。

技术介绍

[0002]当前高性能纤维应用在多个领域，如建筑、医疗、汽车制造、能源传输、可穿戴电子器件、甚至航空航天领域等。迄今为止，这些纤维大部分由石油中提取的合成高分子通过纺丝工艺制成，如聚丙烯纤维、聚烯烃纤维、聚乙烯纤维、尼龙纤维和聚(对苯二甲酸乙烯)纤维。这些材料制备工艺复杂，所需器械成本较高，而且它们固有的不可再生性和对环境的污染大大限制了它们的使用。与此同时，这些合成纤维虽可满足一定强度需求，但仍存在机械性能较差、功能性不足等缺点。
[0003]专利CN112962164A专利技术的湿响应变色纤维虽也具有湿响应，但使用的是化学合成方法制备的合成化学纤维，不可降解和再生，不利于保护环境，生产过程会造成污染。专利CN112869948A专利技术的一种智能湿响应紧缩织物，只能起到收缩纤维网面的效果，无法单根实现较大程度的湿响应，这大大限制了其应用空间。专利CN105891266A专利技术的一种湿度传感材料，是一种使用了乙酸钡、乙醇、乙酸、去离子水、钛酸丁酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇与溴化锂混合溶液，制备的基于溴化锂/聚乙烯醇/钛酸钡的湿度传感材料。其制备工艺太过复杂，所需试剂皆是有毒有害的，这不利用它的大规模生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种超高强度超敏湿响应纤维作为湿度驱动在致动器方面的应用。r/>[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]一种超高强度超敏湿响应纤维作为湿度驱动在致动器方面的应用。该纤维作为弹簧使用，利用湿感应溶胀，具有旋转特性，可以像弹簧一样弹开。
[0007]具体的，一种超高强度超敏湿响应纤维制成的远程降雨指示器。
[0008]作为优选，所述的超高强度超敏湿响应纤维作为感应解旋纤维材料，
[0009]远程降雨指示器主要由激光灯光源、感应解旋纤维材料和带有光敏电阻的光控电路三部分组成，感应解旋纤维材料下方连接有可随感应解旋纤维材料旋转的挡板，光控电路连接有蜂鸣器。
[0010]感应解旋纤维材料由于具有湿度驱动特性在接触雨水后解旋，带动挡板旋转，激光灯光源在挡板的遮挡下断断续续穿过挡板射到光敏电阻上，而光敏电阻由于接收了一段不连续的光源，导致电阻阻值发生变化，电阻值的变化，使电流通过声响系统—蜂鸣器达到报警的效果，即形成了一套可实现远距离区域雨水实时报警的监控系统。
[0011]一种超高强度超敏湿响应纤维制成的智能开关。
[0012]一种超高强度超敏湿响应纤维制成的智能窗帘。
[0013]一种所述超高强度超敏湿响应纤维的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0014]S1、利用木糖驹形氏杆菌培养纤维素水凝胶管
[0015]将携带木糖驹形氏杆菌Taonella mepensis活菌的培养基注入中空硅胶管中，夹住硅胶管的两端，置于30℃
±
5℃培养3
‑
5天，从硅管中取出合成的纤维素水凝胶管(TB)；
[0016]S2、提纯纤维素水凝胶管
[0017]将TB浸泡在0.1
‑
0.5M氢氧化钠溶液中24h以上，然后用水洗涤；
[0018]重复浸泡和洗涤至少3次，以去除培养基成分和附着的细菌；
[0019]最后，用水彻底清洗TB直到洗涤液的pH值为中性；
[0020]S3、通过张力辅助加捻技术将纤维素水凝胶管转化为细菌纤维素纤维
[0021]在恒定应变为5
‑
30％的情况下，将10
‑
30cm长的湿TB水凝胶管加捻扭曲捻数参数范围为1
‑
10捻/厘米，然后将在张力作用下加捻的材料固定形状并室温下干燥，得到纤维素纤维成品(MF)。
[0022]本专利技术通过培养木糖驹形氏杆菌制备了天然的超强、高湿度响应的细菌纤维素(BC)纤维。首先，木糖驹形氏杆菌生物合成的纤维素管具有纯度高、结晶度高、长径比大、机械和热性能好的优点，是几乎无结构缺陷的理想原料。之后，我们开发了一种新颖且简单有效的张力辅助加捻技术(TAT)来制造纤维。最终我们以低成本且简单有效的方法制备了一种环保且具有超高强度、超敏湿响应的高性能多功能纤维，实现优异的力学性能和灵敏的湿度驱动。
[0023]本专利技术制得的纤维由蒸汽即可有效驱动，其绿色环保、易得成本低，且响应效果明显。本专利技术制得的纤维自身拉伸强度极高，可达1057.1MPa，是天然纤维里面的佼佼者，且兼具较好的湿响应性，湿致转动速度高达884rpm/m。整个制备过程未涉及化学试剂处理，绿色环保无污染，便于大规模推广制备。
[0024]作为优选，S1所述培养基为HS培养基，含葡萄糖25.0g/L,Na2HPO
4 2.5g/L，柠檬酸1.15g/L，酵母膏5.0g/L，蛋白胨5.0g/L，HS培养基121℃灭菌20min直至使用。
[0025]作为优选，S1所述中空硅胶管的尺寸是10
‑
30cm长，直径为2mm
‑
10mm。
[0026]作为优选，S1所述氢氧化钠溶液为0.3M。
[0027]作为优选，S1所述中空硅胶管的尺寸是10
‑
30cm长，直径为2mm。
[0028]作为优选，S3的具体方法是：在纤维两端加拉力，使其长度增长20
‑
30％的情况下，将湿TB加捻8
‑
10捻/厘米，然后用夹子固定两端，将在张力作用下加捻的材料固定形状并室温下干燥，得到纤维素纤维成品(MF)。最佳工艺参数是长度增长30％的情况，因为纤维的长度最多增长30％，是我们水凝胶管的极限，再拉伸长通常就断了。拉伸越长，微观纤维束的取向度越好，越有利于宏观力学强度的增高。所以30％是一个平衡点，既保证了高取向，也保证了材料不被拉断。
[0029]利用本专利技术所述的超高强度超敏湿响应纤维良好的湿度响应特性，成功地实现了纤维作为高级致动器的应用，如远程降雨指示器、智能开关、智能窗帘等。
[0030]本专利技术的有益效果是：
[0031]1、本专利技术以硅胶管为模具，通过在硅胶管内注入培养基，培养木糖驹形氏杆菌合成细菌纤维素，制备出了具有完美纤维结构的细菌纤维素水凝胶管，进而应用张力辅助加捻技术(TAT)和室温干燥制备出了具有超高强度和超敏湿响应的功能纤维，其最大拉伸强
度达到了1057MPa，湿度致动转速达到884rpm/m；
[0032]2、本专利技术所涉及的纤维制备方法简单易行，是一种成本低，操作方便，且切实有效的物理加工方法，而现有的处理方法均涉及化学处理。同时，所得纤维同时实现了高强度和高湿度响应性，在新一代绿色传感器、远程致动器和软体机器人等智能材料领域具有广阔应用前景。
附图说明
[0033]图1是本专利技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高强度超敏湿响应纤维作为湿度驱动在致动器方面的应用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：该应用是将超高强度超敏湿响应纤维制成远程降雨指示器。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的超高强度超敏湿响应纤维作为感应解旋纤维材料，远程降雨指示器主要由激光灯光源、感应解旋纤维材料和带有光敏电阻的光控电路三部分组成，感应解旋纤维材料下方连接有可随感应解旋纤维材料旋转的挡板，光控电路连接有蜂鸣器。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：挡板外设有ABS圆柱透明塑料罩。5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：该应用是将超高强度超敏湿响应纤维制成智能开关。6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：该应用是将超高强度超敏湿响应纤维制成智能窗帘。7. 根据权利要求1所述的应用，其特征在于该超高强度超敏湿响应纤维是由如下方法制成：S1、利用木糖驹形氏杆菌培养纤维素水凝胶管将携带木糖驹形氏杆菌Taonella mepensis活菌的培养基注入中空硅胶管中，夹住硅胶管的两端，置于30℃
±
5℃培养3
‑
5天，从硅管中取出合成的纤维素水凝胶管（TB）；S2、提纯纤维素水凝胶管将TB浸泡在0.1

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亚东，杨政，郑斌，闻正顺，缪文华，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：