一种气压驱动微纳结构自适应变薄膜

阅读：评论：0

1.本实用新型属于变薄膜技术领域，尤其是涉及一种气压驱动微纳结构自适应变薄膜。

背景技术：

2.在目标物的表面涂上与周围环境大概一致的迷彩涂层或在物体表面罩上变外罩是传统的最常见的可见光隐身方法之一，这些办法的隐身效果通常只适用于静止的目标物。为了克服传统变技术的缺陷，科研工作者们积极探索和研究基于自适应变材料的动态变隐身技术，以使得目标物适应和融入复杂多变的背景环境中。目前，较为常见的有热致变、电致变和光致变材料等，例如，液晶材料和led光源经常被用于制备变眼镜和变穿戴，其亮度和彩都会随着可见光下周围环境的改变而相应地变化，但都会因为反光而导致失真。随着人们对于变龙皮肤和蝴蝶翅膀变原理的深入研究，利用材料表面微纳米结构紧密程度的变化来实现颜调整的变方法，逐渐成为热门的研究方向，通过反射光波与周围景物反射光波大致相同，可以起到迷惑视觉的作用。
3.模仿调节生物体皮肤表面的微纳米结构变化，从而实现体表变的方法，具有较强的彩可控性，能够实现表面微局部的彩调控；而且其腔体表面的微纳米结构的制备方法，加工条件简单易得，成本低廉，且质量轻便，适用于环境中动态变的实际运用。

技术实现要素：

4.为解决现有技术中各类变材料存在的变速度迟缓、理化性能不稳定、应用局限性大、显彩单一等问题，本实用新型的目的是提供一种气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其能够使目标在颜、亮度、纹理等可见光特征上始终能够与周围环境背景相融合。
5.为实现上述发明目的，本实用新型采用如下技术方案：
6.一种气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其包括变薄膜装置和气动控制系统，所述变薄膜装置由若干个变薄膜组成，每个变薄膜由上部的第一pdms微纳结构板、下部的第二pdms板连接组成，且二者之间形成空心容腔，变薄膜侧面开设有气孔，气孔与容腔相连通；所述气动控制系统包括多个压缩气源，每个压缩气源的出气端通过管道与至少一个变薄膜的容腔连接，且压缩气源的出气端沿气流方向依次设置有比例减压阀和换向阀。
7.进一步地，上述的第一pdms微纳结构板为弹性薄膜，弹性薄膜表面镶嵌有阵列分布的密度较大的微纳米结构的微小颗粒，微小颗粒的粒径为2μm～200μm。
8.进一步地，上述的第一pdms微纳结构板的厚度为2～20μm。
9.进一步地，上述的第二pdms板的厚度为2～20μm。
10.进一步地，上述的第一pdms微纳结构板的厚度远小于第二pdms板的厚度。
11.更进一步地，上述的第一pdms微纳结构板厚度为第二pdms板厚度的0.1～0.2。
12.进一步地，上述的气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其还包括第一摄像机、第二摄像机、数据采集系统和计算机，其中，
13.所述的第一摄像机用于采集环境的实时背景，第二摄像机用于采集变薄膜实时彩，二者均与数据采集系统连接；
14.所述数据采集系统通过有线通信方式或无线通信方式与计算机连接，用于将获取的数据传输至计算机中进行处理；
15.所述计算机与气动控制系统的比例减压阀连接，输出信号至比例减压阀，控制减压阀调整气动控制系统的压力，驱动变薄膜的容腔发生变形，调节微纳米结构的微小颗粒之间的分布间距，改变反射光波长，实现膜表面彩快速调整。
16.由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下优越性：
17.该气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其自适应变是类似生物界变龙皮肤和蝴蝶翅膀的变模式，变薄膜上表面排布着无数微纳尺度的颗粒，气体驱动控制系统能够控制颗粒的排列疏密度；颗粒排列紧密，光通过时只反射出短波长的光，变薄膜呈现如红、紫等颜；颗粒排列松散，这样的结构会反射波长更长的光，如蓝光、绿光等，这些变化能够根据外界环境快速自动完成；仿变龙的微纳颗粒结构变机理是通过气体驱动控制系统驱动变薄膜内的容腔发生变化，以控制变薄膜的表面变形，进行表面微纳米颗粒形貌结构的自适应调节，从而实现可见光范围的外薄膜表面的自适应变。
18.该气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其利用第一摄像机对拍摄的环境图像进行颜信息提取，通过数据采集系统运用深度学习的智能算法获得目标环境的可见光波长信息；通过第二摄像机拍摄变薄膜的图像，提取彩信息与环境信息进行比较，从而对变效果进行修正；相应的通过充放气过程调整变薄膜的外表面微纳米粗糙结构，形成高度隐身模式，所形成的颜模式能够随着环境彩的变化自适应变化，达到难以目力识别区分环境与目标物的目的。
附图说明
19.图1是本实用新型气压驱动微纳结构自适应变薄膜的变薄膜的结构示意图；
20.图2是图1中的变薄膜变形前的结构示意图；
21.图3是图1中的变薄膜变形后的结构示意图；
22.图4是本实用新型气压驱动微纳结构自适应变薄膜实施例之一的结构示意图；
23.图5是本实用新型气压驱动微纳结构自适应变薄膜实施例之二的变修正使用状态结构示意图；
24.图中：1－变薄膜；2－颗粒；3－第一pdms微纳结构板；4－第二pdms板；5－容腔；6－气孔；7－压缩气源；8－比例减压阀；9－换向阀；10－环境；11－第一摄像机；12－数据采集系统；13－计算机；14－第二摄像机；15－气动控制系统。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。
26.如图1～5所示，该气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其包括变薄膜装置和气动控制系统，所述变薄膜装置由若干个变薄膜1组成，每个变薄膜由上部的第一pdms
（聚二甲基硅氧烷）微纳结构板3、下部的第二pdms板4连接组成，且二者之间形成空心容腔5，变薄膜侧面开设有气孔6，气孔与容腔相连通；所述气动控制系统包括多个压缩气源7，每个压缩气源的出气端通过管道与至少一个变薄膜的容腔5连接，且压缩气源的出气端沿气流方向依次设置有比例减压阀8和换向阀9。
27.上述的第一pdms微纳结构板为透明度高的弹性薄膜材料，透明度大于93％；薄膜表面镶嵌有阵列分布的密度较大的微纳米结构的微小颗粒，微小颗粒的粒径为2μm～200μm，密度为30～20000目/cm2。
28.上述的第一pdms微纳结构板的厚度为2～20μm，拉伸形变模量范围为0～20%，弹性模量大于50kgf/mm2，断裂伸长率为0.002～0.005，吸水率小于0.003，线性收缩率为0.002～0.006cm/cm，弯曲屈服强度小于110mpa，受热稳定温度为50～80℃，耐久年限大于5年。
29.上述的第二pdms板的厚度为2～20μm，拉伸形变模量范围为0～20%，弹性模量大于50kgf/mm2，断裂伸长率为0.002～0.005，吸水率小于0.003，线性收缩率为0.002～0.006cm/cm，弯曲屈服强度小于110mpa，受热稳定温度为50～80℃，耐久年限大于5年。
30.上述的第一pdms微纳结构板的厚度远小于第二pdms板的厚度；优选地，上述的第一pdms微纳结构板厚度为第二pdms板厚度的0.1～0.2。
31.上述的气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其还包括第一摄像机11、第二摄像机14、数据采集系统12和计算机13，其中，
32.所述的第一摄像机用于采集环境10的实时背景，第二摄像机用于采集变薄膜1实时彩，二者均与数据采集系统连接；
33.所述数据采集系统通过有线通信方式或无线通信方式与计算机连接，用于将获取的数据传输至计算机中进行处理；
34.所述计算机与气动控制系统的比例减压阀连接，输出信号至比例减压阀，控制减压阀调整气动控制系统的压力，驱动变薄膜的容腔发生变形，调节微纳米结构的微小颗粒之间的分布间距，改变反射光波长，实现膜表面彩快速调整。
35.本实用新型气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其第一摄像机11拍摄环境10图像以进行颜信息提取，生成气体驱动控制系统的比例减压阀8的控制信号，控制比例减压阀调定气体驱动控制系统的压力，进而调节变形容腔薄膜的变形量；通过第二摄像机14拍摄变薄膜1的图像，提取彩信息与环境信息进行比较，从而对变效果进行修正。
36.上述的气压驱动微纳结构自适应变薄膜的工作过程为：
37.s1、换向阀的电磁铁通电，压缩气源产生的压缩空气经比例减压阀调压后，再经换向阀进入变薄膜的容腔，使变薄膜的第一pdms微纳结构板在内部气体压力的作用下膨胀，外表面颗粒之间的分布间距增大，使反射的可见光波长增加，变薄膜外表面由蓝绿变为黄红，完成变，与环境彩相匹配；
38.s2、从变薄膜的容腔内吸出一定量的无气体，使变薄膜的容腔体积减小，膜内压力降低，容腔上表面第一pdms微纳结构板再次发生收缩形变，微纳米结构的微小颗粒排列分布变为紧密，反射的可见光波长减小，变薄膜外表面由黄红变为蓝绿，再次使变薄膜完成变；
39.s3、换向阀的电磁铁断电时，变薄膜的容腔接外部大气，薄膜恢复初始状态，此时微纳结构颗粒分布间距最小；对不同区域的变形容腔施加不同的压力，使微纳结构自适
应变薄膜呈现出不同的彩分布。
40.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，而非对本实用新型的限制，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的专利保护范围之内。

技术特征：

1.一种气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其特征是：其包括变薄膜装置和气动控制系统，所述变薄膜装置由若干个变薄膜组成，每个变薄膜由上部的第一pdms微纳结构板、下部的第二pdms板连接组成，且二者之间形成空心容腔，变薄膜侧面开设有气孔，气孔与容腔相连通；所述气动控制系统包括多个压缩气源，每个压缩气源的出气端通过管道与至少一个变薄膜的容腔连接，且压缩气源的出气端沿气流方向依次设置有比例减压阀和换向阀。2.根据权利要求1所述的气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其特征是：其第一pdms微纳结构板为弹性薄膜，弹性薄膜表面镶嵌有阵列分布的微纳米结构的微小颗粒，微小颗粒的粒径为2μm～200μm。3.根据权利要求1或2所述的气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其特征是：其第一pdms微纳结构板的厚度为2～20μm。4.根据权利要求1所述的气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其特征是：其第二pdms板的厚度为2～20μm。5.根据权利要求1所述的气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其特征是：其第一pdms微纳结构板的厚度远小于第二pdms板的厚度。6.根据权利要求5所述的气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其特征是：其第一pdms微纳结构板厚度为第二pdms板厚度的0.1～0.2。7.根据权利要求1所述的气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其特征是：其还包括第一摄像机、第二摄像机、数据采集系统和计算机，其中，所述的第一摄像机用于采集环境的实时背景，第二摄像机用于采集变薄膜实时彩，二者均与数据采集系统连接；所述数据采集系统通过有线通信方式或无线通信方式与计算机连接，用于将获取的数据传输至计算机中进行处理；所述计算机与气动控制系统的比例减压阀连接，输出信号至比例减压阀，控制减压阀调整气动控制系统的压力，驱动变薄膜的容腔发生变形，调节微纳米结构的微小颗粒之间的分布间距，改变反射光波长，实现膜表面彩快速调整。

技术总结

本实用新型公开一种气压驱动微纳结构自适应变薄膜，其包括变薄膜装置和气动控制系统，所述变薄膜装置由若干个变薄膜组成，每个变薄膜由上部的第一PDMS微纳结构板、下部的第二PDMS板连接组成，且二者之间形成空心容腔，变薄膜侧面开设有气孔，气孔与容腔相连通；所述气动控制系统包括多个压缩气源，每个压缩气源的出气端通过管道与至少一个变薄膜的容腔连接，且压缩气源的出气端沿气流方向依次设置有比例减压阀和换向阀。本实用新型通过气体驱动控制系统驱动变薄膜内的容腔发生变化，以控制变薄膜的表面变形，进行表面微纳米颗粒形貌结构的自适应调节，从而实现可见光范围的外薄膜表面的自适应变。实现可见光范围的外薄膜表面的自适应变。实现可见光范围的外薄膜表面的自适应变。