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光致形变材料及相关应用的介绍光致形变材料是一种在特定波长的光（紫外、可见光等）照射下，材料本体发生形变（伸长、弯曲）现象的智能材料。光致形变材料分两种，一个就是光致伸缩铁电陶瓷（PLZT就是典型代表），另一个就是光致形变聚合物（如光致形变液晶弹性体）。27259
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PLZT陶瓷既属于压电材料，也属于热释电材料，同时也属于铁电材料，因此它特殊的归属决定了它同时具有压电效应、热释电效应、光电效应、反常光生伏特效应和光致伸缩效应。对PLZT的各种性质具体叙述详见本文第二章。由于PLZT陶瓷具有的无电磁噪音干扰、非接触、适用于遥控控制以及轻量化等优点，所以研究者们集聚目光对这种新型材料的应用。论文网
1989年Uchino等人开发一种微行走器，如图1-1所示。利用PLZT双晶片制成了微行走器的两条腿，当高能紫外光束交替照射两条腿（PLZT 双晶片)时，行走器就可以接近每分钟1mm的速度前行[1]。
图1-1采用PLZT双晶片行走的微型行走器
2011年哈尔滨工业大学邓宗全、王新杰对PLZT光致伸缩特性以及光电层和回转薄壳的主动的控制做了一系列的研究，并进行了相关实验验证[2]。2013年姜晶、邓宗全等人对0-3型PLZT陶瓷作动器的主动控制做了研究[3]。
光致形变弹性体属于一种高分子液晶弹性体。2001年由德国弗赖堡大学大分子化学研究所Finkelmann等研究者利用含偶氮苯的高分子液晶弹性体开发出新型光致伸缩材料。随后几年英国剑桥大学卡文迪许实验室和法国居里科学研究所的研究者随后发表了相关的论文[4]。不过在最初几年对光致形变的形变都局限于单自由度的方向。2003由东京工业大学池田富树和复旦大学的俞燕蕾首先报告了含偶氮苯的液晶弹性体在可见光合紫外光下的三文运动。试件在紫外光的作用下朝入射光的方向弯曲，而在可见光的作用下进行恢复运动[5]。如图2所示。
图1-2光致弹性液晶体的光致弯曲的示意图
光致液晶弹性体结合弹性和液晶性具有变形量大，驱动清洁，材料容易成型等优点。在无线远程控制和驱动中具有很大前景。2008年俞燕蕾和池田富树利用光致弹性体在紫外光和可见光下不同的运动制作了光电马达[6]。如图3所示。利用紫外光与可见光照射下的光致伸缩材料伸长与缩短，让驱动马达的传动带运动从而带动马达。
图1-3光电马达的示意图
2010年朱玉田和俞燕蕾利用光致弹性体等人制作了光致微泵[7]。泵体结构如图4。利用可见光和紫外光的照射下光致伸缩弯曲薄板的内凹和外凸引起的泵腔体积变化完成泵水。
图1-4 光致微泵的结构示意图
1.2.2微泵的发展
国外自1959年由著名物理学家RICHARD提出微机械的理论构想，经过50多年的发展，MEMS由于具有的尺寸小、重度小、精度高、性能好成本低等特点在工业和医学方面获得巨大应用前景。而微流体作为微机电系统的重要分支更是备受瞩目，对微流体的核心部件微泵的研究更是数不胜数。20世纪70年代美国的SANDIA实验室的spenser.W.J研制了压电薄膜泵[7]。20世纪70年代荷兰twente大学又研制出热电气制动泵和压电片驱动微型泵，其中压电片驱动微型泵的驱动膜直径为12.5mm，工作电压为在100v，流量小于10μl/min，在125v的驱动电压下最高背压为1.96kpa[9]。日本东北大学也较早的研究出了压电块致动薄膜泵，泵体基本尺寸为20mm×20mm×10mm，最大流量为40μl/min。最高背压为0.98kpa，驱动电压约为100v[10]。近年来美国、德国也相继研究出不同驱动原理的薄膜泵，随着新型制造技术的兴起，使得一大部分的微泵的制造成为可能。