CN105904470A - 一种形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的方法 - Google Patents

一种形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的方法，该制备方法包括：a、将镓、铟、锡三种金属元素按照一定比例混合均匀，形成熔点为40‑60℃的液态金属；b、将液态金属中加入一定量的磁性粒子；c、NiTi形状记忆合金预处理成人形；d、将液态金属与形状记忆合金复合，得到形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人。该变形机器人在室温条件下为人形，浸泡到热水中变为液态并可变形成任意形状，需要恢复成人形时将形状记忆合金复合液态金属材料放入热水中，经电或磁驱动可重新恢复成人形，该形状记忆合金复合液态金属机器人以形状记忆合金为骨架，以液态金属为肌肉，真正实现了一个可变形机器人，在新材料、生物医用等领域、工程等领域都具有重要的应用价值。

Description

一种形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的方法
技术领域
本发明涉及一种形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的方法，属于新材料技术领域。
背景技术
随着近些年来多功能金属的大量涌现，科学家们对于液态金属的研究也层出不穷。液态金属是一种不定型金属，可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。液态金属中主要含有Ga In Sn元素(Ga67％，In20.5％，Sn12.5％体积百分数，个别所含有的成分及比例不同)。在低温条件下，Ga In Sn元素可以与许多金属、橡胶、玻璃等物质融合。这使得由Ga In Sn及其合金构成的液态金属在计算机研究、电气工程、能源及医药领域有广泛的研究和应用。然而目前对于液态金属的研究都比较基础，尚未制备出可变形的液态金属物体或机器。
因此，如果能运用形状记忆合金来作为骨架，以液态金属为肉，运用外部电场或磁场控制液态金属的变形，实现一种形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的制备，必将在新材料、生物医用等领域、工程等领域都具有重要的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的方法。
为达到上述目的，其包括以下步骤：
a、将镓、铟、锡三种金属元素按照一定比例混合均匀，形成熔点为40-60℃的液态金属；
b、向步骤a所述的液态金属中加入磁性纳米颗粒或磁性纳米颗粒前驱体，得到具有磁性的液态金属溶液；
c、将形状记忆合金预变形处理成人形；
d、将液态金属与形状记忆合金复合，得到所述形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人。
根据本发明所述的制备方法，其特征在于，液态金属镓、铟、锡三种金属的组合；所述镓、铟、锡三种金属预先经过稀NaOH处理，且三者的重量比为1-10∶1-10∶1-10；
根据本发明所述的制备方法，其特征在于，磁性纳米颗粒包括铁、钴、镍三种磁性粒子中的一种或几种混合，且磁性粒子复合在磷烯表面，以提高磁性粒子在液态金属中的溶解性，且磁性粒子需经过CO2等离子处理，以提高其抗腐蚀性能。优选地，铁、钴、镍三种磁性总计占液态金属的重量百分比为3-30％；磁性离子与磷烯的重量百分比为10∶1，CO2等离子溅射功率为200W，气体压强为100-200Pa，溅射时间为30-60min。
根据本发明所述的制备方法，其特征在于，NiTi形状记忆合金预处理成人形，在处理过程中，将NiTi形状记忆合金表面进行H2或Ar等离子处理，等离子溅射功率为200W，气体压强为100-200Pa，溅射时间为30-60min，以提高其浸润性。
根据本发明所述的制备方法，其特征在于，NiTi形状记忆合金需在400-600度范围内在人形磨具中进行保温处理3小时，以实现其人形的形状记忆效应。
根据本发明所述的制备方法，将液态金属与形状记忆合金复合，在70度以上的热水中，利用电场或磁场驱动得到形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人。
与现有技术相比，本发明提供的一种形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的方法具有以下有益效果：
(1)本发明制备的形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人，可在80度与室温之间实现自主变形并可恢复；
(2)本发明制备的形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人，可由电场或磁场控制变形；
(3)本发明制备的形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人，对红外及远红外线具有较强的光热效应，可实现激光照射修复。
附图说明
图1为本发明的制备的形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的结构示意图，其中A为液态金属，B为形状记忆合金骨架，C为可变形机器人；
图2为实施例1制备的形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人变形过程图；
图3为实施例1制备得到的具有磁性的液态金属的磁性能测量图；
图4为实施例1制备得到的具有磁性的液态金属的光热响应性能测量图。
图5为本发明的总体示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施方式及说明书附图对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本发明提供了一种形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的方法，该制备方法包括：
a、将70g镓、20g铟、10g锡三种金属元素按照7∶2∶1混合均匀，形成熔点为50℃的液态金属；
b、向步骤a所述的液态金属中加入10g Fe与1g磷烯复合的磁性纳米颗粒，磁性离子与磷烯的重量百分比为10∶1，然后将磁性粒子经CO2等离子溅射处理，功率为200W，气体压强为100Pa，溅射时间为30min，得到具有磁性的液态金属溶液；
c、将NiTi形状记忆合金在500℃条件下保温3小时预变形成人形，并将NiTi形状记忆合金表面进行H2等离子处理；
d、将液态金属与形状记忆合金复合，在70℃水中利用电场驱动得到所述形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人，其结构示意图如图1所示。
对本实施例制备得到的形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的变形与恢复的过程图，如图2所示。从图2中可以看出，原始液态金属与形状记忆合金可为任意形状，当加入热水后，形状记忆合金可恢复成人形，液态金属可附着在形状记忆合金表面，形成人形，而且液态金属在遭到破坏之后，经过热水浸泡可恢复成原形。当需要变形时，将机器人再次放入热水中，NiTi记忆合金可弯折和保存成任意形状，液态金属也可完全变成液态，可在任意形状容器中保存。
对本实施例制备得到的具有磁性的液态金属，其磁性能测量图如图3所示，从图3中可以看出，本实施例制备得到的液态金属具有明显的铁磁信号，可实现磁性控制；在红外光(980nm)照射下，对本实施例制备得到的液态金属进行光热响应性能测试，该液态金属的光热响应性能测量图如图4所示，从图4中可以看出，本实施例制备得到的液态金属在红外光光照射条件下能够自主加热，1000秒后温度可达50℃以上，这对于此可变形机器人的自主恢复具有重要意义。
实施例2
本发明提供了一种形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的方法，该制备方法包括：
a、将50g镓、40g铟、10g锡三种金属元素按照5∶4∶1混合均匀，形成熔点为60℃的液态金属；
b、向步骤a所述的液态金属中加入10g Ni与1g磷烯复合的磁性纳米颗粒，磁性离子与磷烯的重量百分比为10∶1，然后将磁性粒子经CO2等离子溅射处理，功率为200W，气体压强为200Pa，溅射时间为60min，得到具有磁性的液态金属溶液；
c、将NiTi形状记忆合金在600℃条件下保温3小时预变形成人形，并将NiTi形状记忆合金表面进行Ar等离子处理；
d、将液态金属与形状记忆合金复合，在80℃水中利用电场驱动得到所述形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人。

Claims (6)

1.一种形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
a、将镓、铟、锡三种金属元素按照一定比例混合均匀，形成熔点为40-60℃的液态金属；
b、向步骤a所述的液态金属中加入磁性纳米颗粒或磁性纳米颗粒前驱体，得到具有磁性的液态金属溶液；
c、将形状记忆合金预变形处理成人形；
d、将液态金属与形状记忆合金复合，得到所述形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，液态金属镓、铟、锡三种金属的组合；所述镓、铟、锡三种金属预先经过稀NaOH处理，且三者的重量比为1-10∶1-10∶1-10。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，磁性纳米颗粒包括铁、钴、镍三种磁性粒子中的一种或几种混合，且磁性粒子复合在磷烯表面，以提高磁性粒子在液态金属中的溶解性，且磁性粒子需经过CO2等离子处理，以提高其抗腐蚀性能。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，NiTi形状记忆合金预处理成人形，在处理过程中，将NiTi形状记忆合金表面进行H2或Ar处理，以提高其浸润性。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，NiTi形状记忆合金需在400-600度范围内在人形磨具中进行保温处理，以实现其人形的形状记忆效应。
6.根据权利要求1所述的制备方法，将液态金属与形状记忆合金复合，在70度以上的热水中，利用电场或磁场驱动得到形状记忆合金复合液态金属制备可变形机器人。
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