量身定制导电纳米填充器对齐以适应电活性聚合物中高起动应变和输出力
Fengwan Zhao1, Jie Zhang2, Hongmiao Tian1
1Micro‑ and Nanotechnology Research Center, State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an, Shaanxi, China.
Nature communications
|November 21, 2025
概括
研究人员使用对齐的纳米粒子开发了先进的电活性聚合物 (EAP) 软机器人. 这项创新显著提高了执行器的性能,使机器人能够爬上的斜坡并举起重物.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 机器人技术 机器人技术 机器人技术
- 聚合物科学 聚合物科学
背景情况:
- 软机器人面临着平衡可变形性和刚性的挑战.
- 电活性聚合物 (EAP) 具有潜力,但需要性能改进.
研究的目的:
- 为了提高基于EAP的软机器人的性能.
- 为了克服EAP材料中可变形性和刚性之间的内在冲突.
主要方法:
- 在P(VDF-TrFE-CTFE) 矩阵中使用外部电场对齐的Al2O3涂层碳纳米管 (Al2O3@CNTs).
- 制造起动器梁并测试它们的曲角度和输出力.
- 在软机器人中集成执行器,以评估爬和承载能力.
主要成果:
- 带有水平和垂直对齐的Al2O3@CNTs的纳米复合材料显示,厚度应变分别增加了473%和814%.
- 执行器梁实现了215°的高曲角度.
- 水平对齐的Al2O3@CNT提高了局部刚性,导致输出力比纯P高346% (VDF-TrFE-CTFE).
- 柔软的机器人展示了爬上52度的斜坡的能力,并承载了他们身体质量的八倍的负载.
结论:
- 调整策略有效地提高了EAP执行器的性能.
- 这种方法为软机器人提供了高性能执行解决方案.
- 与现有的陶执行器相比,开发的纳米复合材料提供了优越的力输出.
