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Micromúsculos coloidales anisotrópicos de los elastómeros de cristales líquidos.

Jean E Marshall1, Sarah Gallagher, Eugene M Terentjev

  • 1Department of Materials Science and Metallurgy, University of Cambridge , 27 Charles Babbage Road, Cambridge, CB3 0FS, United Kingdom.

Journal of the American Chemical Society
|December 4, 2013
PubMed
Resumen

Los investigadores desarrollaron un nuevo método para crear músculos artificiales a escala microscópica a partir de elastómeros de cristales líquidos (LCE). Esta técnica simplifica la fabricación, mejora la alineación y reduce las temperaturas de funcionamiento para aplicaciones avanzadas de robótica blanda.

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Área de la Ciencia:

  • Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.
  • Química de Polímeros La Química de Polímeros es la química de los polímeros.
  • Robótica blanda y robótica suave.

Sus antecedentes:

  • Los elastómeros de cristales líquidos de monodominio (LCE) ofrecen una activación similar a la del músculo (20-500% de deformación, 10-100 kPa de tensión) con una alta resistencia a la fatiga.
  • La fabricación actual de LCE es compleja, ya que implica una síntesis de componentes difícil, enlaces cruzados en varios pasos para la alineación y altas temperaturas de transición, lo que limita las aplicaciones prácticas.
  • Los métodos de alineación existentes, como el estiramiento mecánico durante el enlace cruzado, son difíciles de controlar y se adaptan principalmente a muestras a escala milimétrica.

Objetivo del estudio:

  • Desarrollar un método simplificado y escalable para la síntesis de microactuadores LCE monodominio alineados.
  • Reducir la complejidad de la fabricación de LCE minimizando los pasos de enlace cruzado y mejorando el control de alineación.
  • Bajar la temperatura de funcionamiento de los LCE para una mayor aplicabilidad.

Principales métodos:

  • Incorporación de gotas precursoras de LCE en una matriz de polímero y estiramiento uniaxial a altas temperaturas.
  • Utilizando el confinamiento de la matriz de polímero para mantener la alineación durante un solo paso de enlace cruzado.
  • Incorporación de un comonomero durante la polimerización para reducir la temperatura de transición nemática-isotrópica.

Principales resultados:

  • Se logró una alineación consistente de monodominio en objetos LCE a microescala utilizando un paso simplificado de enlace cruzado único.
  • Bajó con éxito la temperatura de transición de nemático a isotrópico a 58 °C, permitiendo el funcionamiento a temperaturas más bajas.
  • Se ha demostrado una conmutación térmica reversible y grandes cambios de deformación (20-500%) en los microactuadores fabricados.

Conclusiones:

  • El método desarrollado permite la fabricación en paralelo de numerosos actuadores LCE a microescala con alineación controlada.
  • Este enfoque supera las limitaciones clave en la síntesis de LCE, haciendo que los microactuadores sean más accesibles para diversas aplicaciones.
  • La técnica es susceptible de mayor escala, allanando el camino para la fabricación de componentes robóticos blandos avanzados.