41、热响应水凝胶圆形阀的性能研究

热响应水凝胶圆形阀的性能研究

在流体控制领域，阀门的性能至关重要。热响应水凝胶阀（TRHV）和形状记忆合金驱动水凝胶阀（SMAHV）作为新型阀门，展现出了独特的性能和应用潜力。本文将详细介绍这两种阀门的制备、性能测试及相关结果分析。

1. 材料与制备

1.1 SMA 材料选择

在实验中，选择合适的形状记忆合金（SMA）材料至关重要。SMA 弹簧被拉长至 15 毫米，并相邻嵌入水凝胶材料中。基于焦耳加热原理，当施加电压使温度升高时，马氏体相转变为奥氏体相，SMA 恢复到预设形状。经过研究发现，直径为 100 和 150 微米、长度为 3 毫米的 SMA 弹簧，其马氏体开始和结束温度分别为 42°C 和 52°C，奥氏体开始和结束温度分别为 68°C 和 78°C，最适合该应用。实验中使用外部直流电源作为动力源，所有 SMA 丝和弹簧通过直径为 150 微米、长度为 150 毫米的铜丝连接。

1.2 阀门制备流程

• SMA 丝基 SMAHV 制备
  1. 将编程后的 SMA 丝固定在单独的模具中，排列成曲率约为 364 m⁻² 的环形结构。
  2. 使用直径为 250 和 375 微米的两种不同 SMA 丝进行制备，以测试两种不同 SMAHV 的性能。
  3. 固定后，将水凝胶混合物倒入两套模具（每种 SMA 丝直径一套）。
  4. 将模具放入带有紫外 LED（λ = 375 - 405 纳米）的 da Vinci UV 固化室中 2 小时。
  5. 从固化室中取出模具，将 SMAHV