在纳米领域中限制纳米-ZrO2导致具有很大的变形的电动人工肌肉
Yiting Cai1, Zheqi Chen1, Yingwu Luo1
1State Key Laboratory of Chemical Engineering, College of Chemical and Biological Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China.
Biomacromolecules
|July 10, 2024
概括
这项研究引入了一种新型介电弹性体,可以实现超过100%的执行应变和高能量密度,无需预拉伸. 这一突破提高了软机器和医疗器械的性能.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物科学 聚合物科学
- 纳米技术纳米技术
背景情况:
- 介电弹性体为软机器和医疗器械提供肌肉类的驱动.
- 传统弹性体受到低启动应变 (<20%) 和能量密度 (~10 kJ m−3) 的限制,没有预拉伸.
研究的目的:
- 开发一种介电弹性体,在没有预拉伸的情况下显著提高了驱动性能.
- 克服现有的介电弹性体在应变和能量密度方面的局限性.
主要方法:
- 合成了一种介电弹性体纳米复合材料,使用表面装饰的ZrO2纳米粒子和一个triblock共聚合物弹性体.
- 采用共溶剂造,在弹性体的特定纳米领域内共同组装纳米粒子.
- 研究了材料的机械和机电性能,包括执行应变和能量密度.
主要成果:
- 在没有预拉伸的情况下,达到超过100%的动作应变和~150kJ m-3的能量密度.
- 该纳米复合材料表现出低模量,高分解强度和显著的应变硬化.
- 该材料表现出稳定的驱动,避免了快穿不稳定性.
结论:
- 与传统弹性体相比,开发的介电弹性体纳米复合材料提供了优越的执行性能.
- 在特定的纳米领域中限制纳米粒子是实现增强性能的关键.
- 这种材料在软机器人和生物医学工程中具有先进应用的巨大潜力.
