皮肤状软液体金属/弹性体复合材料的微观结构驱动的机械和热行为

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 生物材料工程 生物材料工程
• 软机器人软机器人 软机器人软机器人

背景情况:

• 在人机界面中实现类似组织的软度是具有挑战性的,因为对机械合规性和合规集成的要求.
• 现有的材料往往难以平衡柔软与必要的功能.

研究的目的:

• 设计生物灵感的液体金属 (LM) /弹性体复合材料,具有异常的形状性和类似组织的柔软性.
• 研究这些复合材料的机械和热行为的微观结构-属性关系.

主要方法:

• 制造LM/elastomer复合材料,使用合金和液.
• 调整交叉连接器比率,并使用单向真空混合用于材料工程.
• 使用修改的埃舍尔比方法,显微分析,有效介质理论 (EMT) 和新胡克分析进行表征.

主要成果:

• 实现超软力学 (弹性模量≤170kPa,Shore A硬度≤8),紧密复制生物组织软度.
• 观察到微观结构依赖的机械反应,包括LM内含的矩阵刚性.
• 确定了LM纳入几何学的过渡 (圆到球形),LM负载增加 (≤20体积%至>20体积%).
• 经过修改的布鲁格曼和布鲁格曼模型,证明了取决于几何的导热性.
• 在循环拉伸负荷下表现出高弹性,具有最小的hysteresis损失和依赖应变的硬化,没有显著的软化.

结论:

• 设计的LM/elastomer复合材料为超软,可塑性材料提供了一个有前途的平台.
• 微观结构与属性关系为设计先进的功能软材料提供了一个框架.
• 这些材料有可能成为下一代人机接口和软机器人.