技术领域
[0001] 本
发明属于
人工智能、光
机电一体化及
机器人技术领域，涉及人工智能、光机电一体化及机器人的驱动技术，更具体地涉及一种
碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料型激光光
热驱动器。
背景技术
[0002] 当前随着人工智能、光机电一体化和机器人领域的各种技术快速发展，驱动技术显得越来越重要。驱动器又称执行器,是一种重要的执行机构和动
力源。它的主要功能是可以在电磁、热、静电、压力等不同动力的驱动下实现力或位移的输出。目前发展的较成熟且已经应用的驱动机构种类主要有静电驱动型、光致伸缩型、电磁驱动型、热膨胀驱动型、压电驱动型、
超声波驱动型、记忆
合金驱动型、
磁致伸缩驱动型等。各种类型的驱动器有各自的优缺点,适用于不同的环境和领域。静电型驱动器是利用电荷间的吸引力和排斥力来驱动微
电机进行工作，其中静电微
马达是最早提出的微马达。静电型驱动器的优点是成本较低,但主要缺点是驱动力矩小。压电型驱动器是利用逆
压电效应，在压电材料上施加
电压来引起压电材料形变,从而实现驱动功能。压电驱动器具有结构简单、无噪声、控制方便等优点，但主要缺点是存在非线性现象。电磁型驱动器是利用电磁线圈通电时产生的磁力来驱动
转子,实现驱动功能。电磁型驱动器具有结构简单、可靠性较高、能够承载较大
电流等优点,但电磁型驱动器普遍存在能耗偏高、线圈
温度偏高、噪声偏大及体积偏大等缺点。电热型驱动器是将
电能转
化成热能,利用材料温度变化产生的形变来实现驱动功能。磁致伸缩型驱动器利用磁致伸缩效应来实现驱动功能。所谓磁致伸缩效应是指
铁磁体在外
磁场变化时,其体积和长度发生变化产生的驱动效应。形状
记忆合金型驱动器采用形状记忆合金材料，在预置温度下有回复原来形状的能力，来实现驱动功能。形状记忆合金型驱动器具有输出力较大、形变量较大、动作柔和性较好、控制较方便等优点，但存在响应速度较慢,形状呈阶跃性变化等缺点。光热驱动器是将光能转化成材料的热能,使材料温度升高产生体积膨胀,利用热膨胀量来实现驱动功能。与各种类型的驱动器相比,光热驱动器具有原理和结构简单、选材较广泛、输出较力和形变量较大、可以远距离非
接触控制、可微小化和集成化等优点,且具备一定的
能量转化效率和动态响应速度,是一种具有广泛应用前景的驱动技术。
[0003] 但是，如何将光能量高效转换为热能并进行有效快速传输，如何实现远距离非接触控制，如何将光热能量有效地转换为驱动力，如何进一步提高光热驱动器的驱动效率等，这些技术问题需要解决。
发明内容
[0004] 针对当前在人工智能、光机电一体化和
机器人技术领域中的光热驱动器技术发展存在的系列技术问题，本发明提供一种碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料型激光光热驱动器，以达到优化提升光热驱动器的各项性能指标，进一步拓展光热驱动器的应用领域。
[0005] 本发明的一种碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料型激光光热驱动器的实现具体技术方案包括：碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器、碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器、碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型激光光热驱动器或碳纳米管纤维纱线
弹簧复合热膨胀材料一体化型激光光热驱动器；所述碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器，包括：
纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层、热膨胀材料层、激
光接收器、
激光器；所述热膨胀材料包括：固体热膨胀材料、液体热膨胀材料或气体热膨胀材料；所述液体热膨胀材料和气体热膨胀材料均被导热性能良好的弹性物质包覆构成，包括：液体热膨胀材料微胶囊或气体热膨胀材料微胶囊；所述液体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆液体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述气体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆气体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述固体热膨胀材料包括：有机高分子热膨胀材料、无机
相变热膨胀材料、无机有机杂化热膨胀材料或固体热膨胀材料微胶囊；所述固体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆固体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线包括：采用将纳米粒子与碳纳米管纤维纱线进行组装或复合，并将纳米粒子组装或复合在碳纳米管孔洞内或碳纳米管纤维聚集束的间隙内；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线，包括：由多束单根碳纳米管或碳纳米管聚集束纤维经过组装纳米粒子后，采用并股工艺形成的复股纤维，通过加捻过程并组成具有螺旋结构连续纱线；所述纳米粒子包括：带电荷的纳米颗粒、纳米
电解质物质或纳米离子体；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线按照一定
角度规则螺旋缠绕在固体热膨胀材料的外面，或螺旋缠绕在被导热性能良好的弹性物质包覆具有一定数量的液体热膨胀材料微胶囊的外面，或螺旋缠绕在被导热性能良好的弹性物质包覆具有一定数量的气体热膨胀材料微胶囊的外面，紧密相接触，并构成双层或多层相互间隔且叠置的紧密结构，其一端装配激光接收器与纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层一端相接触和热膨胀材料层一端相接触，其另一端装配驱动输出装置，并构成一体化的碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器。
[0006] 所述碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器的工作过程为：激光器的
激光束照射或通过光导纤维传输给激光接收器；激光接收器将光热传输给纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置层；在光热作用下，带电荷的纳米粒子进入碳纳米管的中空结构内或碳纳米管纤维纱
线束间隙内，促使碳纳米管或碳纳米管纤维纱线束的结构形态发生改变；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕在热膨胀材料层的外层，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线产生伸缩或旋转驱动效应；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料为多层叠置结构，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线材料具有快速
传热性能，能够将光热快速传输给热膨胀材料层，使热膨胀材料层接收的被传输热量呈现
叠加效应，热膨胀材料层的温度升高速度加快，在高温条件下产生热膨胀驱动效应；热膨胀材料层对紧密相接触的纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层的驱动产生协同放大作用；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕热膨胀材料为多层叠置结构，在光热作用下产生联动与协同的伸缩或旋转驱动增强效应。
[0007] 上述方案中，所述碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器，包括：纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布、热膨胀材料层、激光接收器、激光器；所述热膨胀材料包括：固体热膨胀材料、液体热膨胀材料或气体热膨胀材料；所述液体热膨胀材料和气体热膨胀材料均被导热性能良好的弹性物质包覆构成，包括：液体热膨胀材料微胶囊或气体热膨胀材料微胶囊；所述液体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆液体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述气体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆气体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述固体热膨胀材料包括：有机高分子热膨胀材料、无机相变热膨胀材料、无机有机杂化热膨胀材料或固体热膨胀材料微胶囊；所述固体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆固体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布由纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线编纺制成；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线包括：
采用将纳米粒子与碳纳米管纤维纱线进行组装或复合，并将纳米粒子组装或复合在碳纳米管孔洞内或碳纳米管纤维聚集束的间隙内；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线，包括：
由多束单根碳纳米管或碳纳米管聚集束纤维经过组装纳米粒子后，采用并股工艺形成的复股纤维，通过加捻过程并组成具有螺旋结构连续纱线；所述纳米粒子包括：带电荷的纳米颗粒、纳米
电解质物质或纳米离子体；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层紧密相接触，并构成双层或多层互相间隔叠置螺旋结构，其一端装配激光接收器，与双层或多层互相间隔叠置纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布一端相接触和热膨胀材料层一端相接触，其另一端连接驱动输出装置，并构成一体化的碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器。
[0008] 所述碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器的工作过程为：激光器的激光束照射或通过光导纤维传输给激光接收器；激光接收器将光热传输给纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布层与热膨胀材料层；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布层与热膨胀材料层呈紧密接触并相间隔叠置构成连续螺旋结构，在光热作用下带电荷的纳米粒子进入碳纳米管的中空结构内或碳纳米管纤维纱线布的间隙内，促使碳纳米管或碳纳米管纤维纱线布的结构形态发生改变；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布缠绕在热膨胀材料层的外层，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布则产生伸缩或旋转驱动效应；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布具有优良的导热性能，具有“三明治”夹心结构的纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布能够将光热快速传输给
中间层的热膨胀材料层，使热膨胀材料层接收的热量呈现叠加效应，其温度升高速度加快，热膨胀材料层在高温条件下产生热膨胀驱动效应，并对纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布的驱动力或驱动位移产生协同放大作用；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布与热膨胀材料层为紧密相接触的叠置结构，在光热作用下产生联动与协同作用的伸缩或旋转驱动增强效应。
[0009] 上述方案中，所述碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型激光光热驱动器，包括：碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型弹簧芯式激光光热驱动器、碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型纱线束芯式激光光热驱动器；所述碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型弹簧芯式激光光热驱动器，包括：纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线
螺旋弹簧层、热膨胀材料筒层、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕层、激光接收器、激光器；所述热膨胀材料包括：固体热膨胀材料、液体热膨胀材料和气体热膨胀材料；所述液体热膨胀材料和气体热膨胀材料均被导热性能良好的弹性物质包覆构成，包括：液体热膨胀材料微胶囊、气体热膨胀材料微胶囊；所述液体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆液体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述气体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆气体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述固体热膨胀材料包括：有机高分子热膨胀材料、无机相变热膨胀材料、无机有机杂化热膨胀材料或固体热膨胀材料微胶囊；
所述固体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆固体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧，采用多束纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线或纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束螺旋加工制作；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线包括：采用将纳米粒子与碳纳米管纤维纱线进行组装或复合，并将纳米粒子组装或复合在碳纳米管孔洞内或碳纳米管纤维聚集束的间隙内；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线，包括：由多束单根碳纳米管或碳纳米管聚集束纤维经过组装纳米粒子后，采用并股工艺形成的复股纤维，通过加捻过程并组成具有螺旋结构连续纱线；
所述纳米粒子包括：带电荷的纳米颗粒、纳米电解质物质或纳米离子体；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层装配于中部；所述热膨胀材料筒层装配于碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层外面，并紧密相接触；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线按照一定的角度螺旋缠绕在热膨胀材料筒层外面，构成纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层；
所述激光接收器装配于一端，与纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层一端相接触、热膨胀材料筒层一端相接触、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕层一端相接触，并构成一体化的碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型弹簧芯式激光光热驱动器。
[0010] 所述碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型弹簧芯式激光光热驱动器的工作过程为：激光器的激光束照射或通过光导纤维传输给激光接收器；激光接收器将光热传输给纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层、热膨胀材料筒层、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕层；在光热作用下，带电荷的纳米粒子进入碳纳米管的中空结构内、碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧间隙内或碳纳米管纤维纱线束间隙内，促使碳纳米管、碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧或碳纳米管纤维纱线束的结构形态发生改变；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧产生伸缩或旋转驱动效应，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束产生伸缩或旋转驱动效应；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线呈螺旋缠绕在热膨胀材料筒的外层，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧在中芯层，与热膨胀材料筒层共同构成“三明治”式的夹心结构，则由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层与纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层均具有优良的导热性能，共同对中间的热膨胀材料筒产生热传导作用，使对热膨胀材料筒产生热传导叠加作用，则热膨胀材料筒的温度升高速度加快，热膨胀材料筒在高温条件下产生热膨胀驱动效应，并对纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧或纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束的驱动产生协同放大作用；因此，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层与热膨胀材料筒层，在光热作用下产生联动与协同作用的伸缩或旋转驱动增强效应。
[0011] 上述方案中，所述碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型纱线束芯式激光光热驱动器，包括：纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束层、热膨胀材料筒层、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布、激光接收器、激光器；所述热膨胀材料包括：固体热膨胀材料、液体热膨胀材料和气体热膨胀材料；所述液体热膨胀材料和气体热膨胀材料均被导热性能良好的弹性物质包覆构成，包括：液体热膨胀材料微胶囊、气体热膨胀材料微胶囊；所述液体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆液体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述气体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆气体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述固体热膨胀材料包括：有机高分子热膨胀材料、无机相变热膨胀材料、无机有机杂化热膨胀材料或固体热膨胀材料微胶囊；所述固体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆固体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束层采用多束单根碳纳米管纤维纱线构成；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线采用将纳米粒子与纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线进行组装或复合，并将纳米粒子组装或复合在碳纳米管孔洞内或碳纳米管纤维聚集束的间隙内；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线，包括：由多束单根碳纳米管或碳纳米管聚集束纤维经过组装纳米粒子后，采用并股工艺形成的复股纤维，通过加捻过程并组成具有螺旋结构连续纱线；所述纳米粒子包括：带电荷的纳米颗粒、纳米电解质物质或纳米离子体；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束层装配于中部；所述热膨胀材料筒层装配于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束层外面，并紧密接触；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布装配于热膨胀材料筒层外面，并紧密接触；所述激光接收器装配于一端，并与纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束层一端相接触、热膨胀材料筒层一端相接触、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布一端相接触，并构成一体化的碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型纱线束芯式激光光热驱动器。
[0012] 所述碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型纱线束芯式激光光热驱动器的工作过程为：激光器的激光束照射或通过光导纤维传输给激光接收器；激光接收器将光热传输给纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束芯层、热膨胀材料筒层、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕层；在光热作用下，带电荷的纳米粒子进入碳纳米管的中空结构内、碳纳米管纤维纱线束芯间隙内或碳纳米管纤维纱线束间隙内，促使碳纳米管、碳纳米管纤维纱线束的结构形态发生改变；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束芯产生伸缩驱动效应；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层产生伸缩或旋转驱动效应；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线呈螺旋缠绕在热膨胀材料筒的外层，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束芯在中心层，与中间层的热膨胀材料层共同形成“三明治”式的紧密结构；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线具有优良的导热性能，共同对中间的热膨胀材料筒产生热传导作用，使对热膨胀材料筒产生热传导叠加作用，则热膨胀材料筒的温度升高速度加快，在高温条件下产生热膨胀驱动效应，并对纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束芯或纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束的驱动产生协同放大作用；因此，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束芯、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕层与热膨胀材料筒在光热作用下产生联动与协同作用的伸缩或旋转驱动增强效应。
[0013] 上述方案中，所述碳纳米管纤维纱线弹簧复合热膨胀材料一体化型激光光热驱动器，包括：纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层、热膨胀材料、激光接收器、激光器；所述热膨胀材料包括：固体热膨胀材料、液体热膨胀材料或气体热膨胀材料；所述液体热膨胀材料和气体热膨胀材料均被导热性能良好的弹性物质包覆构成，包括：液体热膨胀材料微胶囊或气体热膨胀材料微胶囊；所述液体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆液体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述气体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆气体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述固体热膨胀材料包括：有机高分子热膨胀材料、无机相变热膨胀材料、无机有机杂化热膨胀材料或固体热膨胀材料微胶囊；所述固体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆固体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧采用由纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋加工制作；所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线采用将纳米粒子与碳纳米管纤维纱线进行组装或复合，并将纳米粒子组装或复合在碳纳米管孔洞内或碳纳米管纤维聚集束间隙内；所述碳纳米管纤维纱线，包括：由多束单根碳纳米管或碳纳米管聚集束纤维经过组装纳米粒子后，采用并股工艺形成的复股纤维，通过加捻过程并组成具有螺旋结构连续纱线；所述纳米粒子包括：带电荷的纳米颗粒、纳米电解质物质或纳米离子体；所述热膨胀材料渗透于碳纳米管孔洞、碳纳米管纤维纱线孔洞或碳纳米管纤维纱线弹簧间隙中，构成紧密复合结构体；所述激光接收器装配于一端，并与纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线弹簧和热膨胀材料紧密复合结构体相接触，构成碳纳米管纤维纱线弹簧复合热膨胀材料一体化型激光光热驱动器。
[0014] 所述碳纳米管纤维纱线弹簧复合热膨胀材料一体化型激光光热驱动器的工作过程为：激光器的激光束照射或通过光导纤维传输给激光接收器；激光接收器将光热传输给纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线弹簧复合热膨胀材料；在光热作用下，带电荷的纳米粒子进入碳纳米管的中空结构内、碳纳米管纤维纱线束孔洞或间隙内或碳纳米管纤维纱线束弹簧的间隙内，促使碳纳米管、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束或纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束弹簧层的结构形态发生改变；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束弹簧层产生伸缩或旋转驱动效应；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线弹簧与热膨胀材料互相交叉渗透融合并紧密接触，且纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线弹簧层具有优良的导热性能，对热膨胀材料产生热传导叠加作用，则热膨胀材料的温度升高速度加快，热膨胀材料在高温条件下产生热膨胀驱动效应，并对纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧的驱动产生协同放大作用；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线弹簧层与热膨胀材料筒为紧密接触的一体化结构，在光热作用下产生联动与协同作用的伸缩或旋转驱动增强效应。
[0015] 上述方案中，所述纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线中的碳纳米管纤维纱线制备方法包括：
静电纺丝法、化学气相生长法(CVD)、
湿法纺丝法、
干法纺丝法、阵列纺丝法、双卷曲法、高温高速熔喷法、激光拉伸法、Xano Shear法；所述碳纳米管纤维包括：
单壁碳纳米管纤维、
多壁碳纳米管纤维；所述纳米粒子组装于碳纳米管纤维纱线方法，包括：共混熔融法(BFM)、溶液渗透法(INFITRATION)、混浸挤轧法(MLM)、包覆植入法(ICM)、混裹缠绕法(MWM)、涂层涂膜法(CFM)或健力接枝法(KBT)。
[0016] 上述方案中，所述激光接收器包括：采用三维
石墨烯材料及
复合材料、碳纳米管复合材料、储热材料、
碳纤维复合材料、储热与导热复合材料、无机导热材料或有机导热材料；所述三维
石墨烯材料包括：三维石墨烯材料、三维石墨烯复合材料、三维
氧化石墨烯材料、三维氧化石墨烯复合材料或三维多孔石墨烯复合材料；所述三维多孔石墨烯复合材料包括：三维多孔石墨烯海绵复合材料、三维多孔石墨烯
水凝胶复合材料、三维多孔石墨烯气凝胶复合材料、三维多孔石墨烯
泡沫复合材料或三维多孔氧化石墨烯组装体复合材料；所述三维多孔石墨烯复合材料包括：组装或添加石墨烯纳米片、纳米碳管或导热
纳米材料构成的三维多孔石墨烯复合材料，其组装或添加物具有储热与导热增强效应。
[0017] 本发明的碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料型激光光热驱动器具有以下有益效果：
[0018] a、本发明的碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器，采用纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层与热膨胀材料层紧密接触并间隔多层叠置结构，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线材料具有快速传热性能；在光热作用下，带电荷的纳米粒子进入碳纳米管的中空结构内、碳纳米管纤维纱线间隙内，促使碳纳米管、碳纳米管纤维纱线束的结构形态发生改变，产生驱动效应，并能够将光热快速传输给热膨胀材料层，使热膨胀材料层接收的被传输热量呈现叠加效应，使热膨胀材料层在高温条件下产生热膨胀驱动效应；热膨胀材料层并对紧密相接触的纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层的驱动产生协同放大作用，在光热作用下产生联动与协同的伸缩或旋转驱动增强效应。
[0019] b、本发明的碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器，采用纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层紧密相接触，并构成双层或多层互相间隔置螺旋结构，由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布具有优良的导热性能，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布能够将光热快速传输给具有“三明治”夹心结构的中间层热膨胀材料层，使热膨胀材料层接收的热量呈现叠加效应，热膨胀材料层在高温条件下产生热膨胀驱动效应，并对纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布的驱动力或驱动位移产生协同放大作用；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布与热膨胀材料层为紧密相接触的叠置结构，在光热作用下产生联动与协同作用的伸缩或旋转驱动增强效应。
[0020] c、本发明的碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型弹簧芯式激光光热驱动器，采用纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层、热膨胀材料筒层、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕层共同构成“三明治”式的夹心结构，则由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层与纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层均具有优良的导热性能，共同对中间的热膨胀材料筒产生热传导作用，使对热膨胀材料筒产生热传导叠加作用，则热膨胀材料筒的温度升高速度加快，热膨胀材料筒在高温条件下产生热膨胀驱动效应，并对纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧或纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束的驱动产生协同放大作用，在光热作用下产生联动与协同作用的伸缩或旋转驱动增强效应。
[0021] d、本发明的碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料型激光光热驱动器，采用了能量
密度大和方向统一性好的激光来远程驱动，具有更好的独立性、实用性；整个驱动过程排除了电流的介入，无需采用电线从外界引入电源，有利于减小驱动系统及装置的尺寸和重量，易实现系统及装置的集成化和小型化；能够避免
电磁干扰问题，可以实现长距离非接触传输及控制；本发明的驱动器具有在人工智能、光机电一体化和机器人领域中广泛运用前景。
附图说明
[0022] 下面将结合附图及
实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0023] 图1是碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器的结构示意图；
[0024] 图2是碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器的结构示意图；
[0025] 图3是纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线的结构示意图；
[0026] 图4是碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型弹簧芯式激光光热驱动器的结构示意图；
[0027] 图5是纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线弹簧的结构示意图；
[0028] 图6是碳纳米管纤维纱线弹簧复合热膨胀材料一体化型激光光热驱动器的结构示意图。
[0029] 其中，碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器1、碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器2、碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型弹簧芯式激光光热驱动器3、碳纳米管纤维纱线弹簧复合热膨胀材料一体化型激光光热驱动器4、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层5、第一热膨胀材料层6、第一激光接收器7、纳米粒子8、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布10、第二热膨胀材料层11、第二激光接收器12、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层13、热膨胀材料筒层14、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕层15、第三激光接收器16、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层17、热膨胀材料18、第四激光接收器19、驱动输出装置20、碳纳米管聚集束纤维21。
具体实施方式
[0030] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
[0031] 实施例1.
[0032] 碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器1
[0033] 本发明实施例1的碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器1结构示意图(见图1)；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线结构示意图(见图3)。
[0034] 本发明实施例1的碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器1(见图1)，包括：纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层5、第一热膨胀材料层6、第一激光接收器7、激光器；第一热膨胀材料层6采用：有机高分子热膨胀材料；纳米粒子复合型纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9(见图3)采用将带电荷的纳米粒子与碳纳米管纤维纱线进行组装或复合，即将纳米粒子组装或复合在碳纳米管孔洞内或碳纳米管纤维聚集束的间隙内；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9，包括：由多束单根碳纳米管或碳纳米管聚集束纤维21经过组装纳米粒子后，采用并股工艺形成的复股纤维，通过加捻过程并组成具有螺旋结构连续纱线；纳米粒子8采用：带电荷的纳米颗粒；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9按照一定角度规则螺旋缠绕在固体第一热膨胀材料层6的外面，构成纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层5，紧密相接触，并构成双层或多层相互间隔且叠置的紧密结构(见图1)，其一端装配第一激光接收器7，并与纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层5与多层第一热膨胀材料层6相间隔叠置的一端相接触，其另一端装配驱动输出装置，并构成一体化的碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器1。
[0035] 碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置型激光光热驱动器1的工作过程为：激光器的激光束照射或通过光导纤维传输给第一激光接收器7；第一激光接收器7将光热传输给纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料多层叠置层；在光热作用下，带电荷的纳米粒子8进入碳纳米管的中空结构内或碳纳米管纤维纱线束间隙内，促使碳纳米管或纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9束的结构形态发生改变；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9螺旋缠绕在第一热膨胀材料层6的外层，构成纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层5；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9产生伸缩或旋转驱动效应；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕热膨胀材料为多层叠置结构，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层5具有快速传热性能，能够将光热快速传输给第一热膨胀材料层6，使第一热膨胀材料层6接收的被传输热量呈现叠加效应，则第一热膨胀材料层6的温度升高速度加快，使第一热膨胀材料层6在高温条件下产生热膨胀驱动效应；第一热膨胀材料层6并对紧密相接触的纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层5的驱动产生协同放大作用；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕热膨胀材料为多层叠置结构，在光热作用下产生联动与协同的伸缩或旋转驱动增强效应。
[0036] 实施例2.
[0037] 碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器2[0038] 本发明实施例2的碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器2结构示意图(见图2)；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9结构示意(见图3)。
[0039] 本发明实施例2的碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器2包括：纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布10、第二热膨胀材料层11、第二激光接收器12、激光器；热膨胀材料11采用液体热膨胀材料微胶囊包括：采用导热性能良好的弹性物质膜包覆液体热膨胀材料，并构成微胶囊结构；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布10由纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9编纺制成；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9(见图3)采用：采用将纳米粒子8与碳纳米管纤维纱线进行组装或复合，并将带电荷的纳米粒子8组装或复合在碳纳米管孔洞内或碳纳米管纤维聚集束的间隙内；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9，包括：由多束单根碳纳米管或碳纳米管聚集束纤维21经过组装纳米粒子后，采用并股工艺形成的复股纤维，通过加捻过程并组成具有螺旋结构连续纱线；所述纳米粒子8采用纳米电解质物质；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布10与第二热膨胀材料层11紧密相接触，并构成双层或多层互相间隔置螺旋结构(见图2)，其一端装配第二激光接收器12，并与双层或多层互相间隔置的纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布10和第二热膨胀材料层11叠置螺旋的一端紧密相接触，其另一端连接驱动输出装置，并构成一体化的碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器2。
[0040] 碳纳米管纤维纱线纺布与热膨胀材料层叠置螺旋型激光光热驱动器2的工作过程为：激光器的激光束照射或通过光导纤维传输给第二激光接收器12；第二激光接收器12将光热传输给纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布层10与第二热膨胀材料层11；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线纺布层10与第二热膨胀材料层11呈紧密接触并相间隔叠置构成连续螺旋结构，在光热作用下带电荷的纳米电解质物质8进入碳纳米管的中空结构内或碳纳米管纤维纱线布10的间隙内，促使碳纳米管或碳纳米管纤维纱线布10的结构形态发生改变；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布10缠绕在第二热膨胀材料层11的外层，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布10则产生伸缩或旋转驱动效应；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布10具有优良的导热性能，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布10能够将光热快速传输给具有“三明治”夹心结构中间层的第二热膨胀材料层11，使第二热膨胀材料层11接收的热量呈现叠加效应，则第二热膨胀材料层11的温度升高速度加快，第二热膨胀材料层11在高温条件下产生热膨胀驱动效应，并对纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布10的驱动力或驱动位移产生协同放大作用；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线布10与第二热膨胀材料层11为紧密相接触的叠置结构，在光热作用下产生联动与协同作用的伸缩或旋转驱动增强效应。
[0041] 实施例3.
[0042] 碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型弹簧芯式激光光热驱动器3
[0043] 本发明实施例3的碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型弹簧芯式激光光热驱动器3结构示意图(见图4)；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9结构示意(见图3)；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层13结构示意图(见图5)。
[0044] 碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型弹簧芯式激光光热驱动器3，包括：纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层13、热膨胀材料筒层14、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕层15、第三激光接收器16、激光器；热膨胀材料14采用：有机高分子热膨胀材料；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧13，采用纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9束螺旋加工制作；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9采用将带电荷的纳米粒子8与碳纳米管纤维纱线进行组装或复合，即将带电荷的纳米粒子8组装或复合在碳纳米管孔洞内或碳纳米管纤维聚集束的间隙内；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9，包括：由多数单根碳纳米管或碳纳米管聚集束纤维21经过组装纳米粒子后，采用并股工艺形成的复股纤维，通过加捻过程并组成具有螺旋结构连续纱线；纳米粒子8采用：带电荷的纳米颗粒；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层13装配于中部；热膨胀材料筒层14装配于碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层13外面，并紧密相接触；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9按照一定的角度螺旋缠绕在热膨胀材料筒层14外面，构成纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层15；第三激光接收器16装配于一端，与纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层13一端相接触、热膨胀材料筒层14一端相接触、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕层
15一端相接触，并构成一体化的碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型弹簧芯式激光光热驱动器3。
[0045] 碳纳米管纤维纱线复合热膨胀材料筒型弹簧芯式激光光热驱动器3的工作过程为：激光器的激光束照射或通过光导纤维传输给第三激光接收器16；第三激光接收器16将光热传输给纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层13、热膨胀材料筒层14、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线缠绕层15；在光热作用下，带电荷的纳米粒子8进入碳纳米管的中空结构内、碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧间隙内或碳纳米管纤维纱线束间隙内，促使碳纳米管、碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧或碳纳米管纤维纱线束的结构形态发生改变；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层13产生伸缩或旋转驱动效应，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9束产生伸缩或旋转驱动效应；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线呈螺旋缠绕在热膨胀材料筒层14的外层，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层13在中芯层，与热膨胀材料筒层14共同构成“三明治”式的夹心结构，则由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层15与纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层13均具有优良的导热性能，共同对中间的热膨胀材料筒层14产生热传导作用，使对热膨胀材料筒层14产生热传导叠加作用，则热膨胀材料筒层14的温度升高速度加快，热膨胀材料筒层14在高温条件下产生热膨胀驱动效应，并对纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧13或纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线15束的驱动产生协同放大作用；因此，纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋缠绕层15、纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层13与热膨胀材料筒层14，在光热作用下产生联动与协同作用的伸缩或旋转驱动增强效应。
[0046] 实施例4.
[0047] 碳纳米管纤维纱线弹簧复合热膨胀材料一体化型激光光热驱动器4
[0048] 本发明实施例4的碳纳米管纤维纱线弹簧复合热膨胀材料一体化型激光光热驱动器4结构示意图(见图6)；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9结构示意(见图3)。
[0049] 碳纳米管纤维纱线弹簧复合热膨胀材料一体化型激光光热驱动器4，包括：纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层17、热膨胀材料18、第四激光接收器19、激光器、驱动输出装置20；热膨胀材料18采用：固体热膨胀材料；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层17采用由纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9螺旋加工制作；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9采用将纳米粒子与碳纳米管纤维纱线进行组装或复合，即将纳米粒子组装或复合在碳纳米管孔洞内或碳纳米管纤维聚集束间隙内；碳纳米管纤维纱线，包括：由多束单根碳纳米管或碳纳米管聚集束纤维21经过组装纳米粒子8后，采用并股工艺形成的复股纤维，通过加捻过程并组成具有螺旋结构连续纱线；纳米粒子8采用：纳米电解质物质；热膨胀材料18渗透于碳纳米管孔洞、碳纳米管纤维纱线孔洞或碳纳米管纤维纱线弹簧层17间隙中，构成紧密复合结构体；第四激光接收器19装配于一端，并与纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线弹簧层17和热膨胀材料18紧密复合结构体紧密接触，构成碳纳米管纤维纱线弹簧复合热膨胀材料一体化型激光光热驱动器4。
[0050] 碳纳米管纤维纱线弹簧复合热膨胀材料一体化型激光光热驱动器4的工作过程为：激光器的激光束照射或通过光导纤维传输给第四激光接收器19；第四激光接收器19将光热传输给纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线弹簧层17复合热膨胀材料18；在光热作用下，带电荷的纳米电解质物质8进入碳纳米管的中空结构内、碳纳米管纤维纱线束孔洞或间隙内或碳纳米管纤维纱线束弹簧层的间隙内，促使碳纳米管、纳米粒子复合型纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线9束或纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束弹簧层17的结构形态发生改变；纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线束弹簧层17产生伸缩或旋转驱动效应；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线弹簧层17与热膨胀材料18互相交叉渗透融合并紧密接触，且纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线弹簧层17具有优良的导热性能，对热膨胀材料18产生热传导叠加作用，则热膨胀材料18的温度升高速度加快，热膨胀材料18在高温条件下产生热膨胀驱动效应，并对纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线螺旋弹簧层17的驱动产生协同放大作用；由于纳米粒子复合型碳纳米管纤维纱线弹簧层17与热膨胀材料18为紧密接触的一体化结构，在光热作用下产生联动与协同作用的伸缩或旋转驱动增强效应。
[0051] 在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的
位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本
申请请求保护的范围。
[0052] 在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
[0053] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
