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致动材料:可以将化学能或物理能转为机械能的智能材料

导读: 致动材料是一种可以将化学能或者物理能转化为机械能的智能材料。到目前为止,许多研究人员已经研发出各种各样的致动器,这些致动器可以由电能、热能、光能或湿度驱动。然而,目前大多数的致动器都是由单一刺激源驱动的,这限制了其应用的领域。

【引言】

致动材料是一种可以将化学能或者物理能转化为机械能的智能材料。到目前为止,许多研究人员已经研发出各种各样的致动器,这些致动器可以由电能、热能、光能或湿度驱动。然而,目前大多数的致动器都是由单一刺激源驱动的,这限制了其应用的领域。

【成果简介】

4月11日,Nanoscale在线发表题为“Humidity- and light-driven actuators based on carbon nanotube-coated paper and polymer composite”的封面论文(Outside Front Cover Paper)。通讯作者为福建师范大学物理与能源学院的陈鲁倬副教授,研究报道了一种基于碳纳米管(CNT)、纸和高分子复合材料的湿度驱动及光驱动的致动器,该致动器具有双向弯曲形变的能力。由于CNT-纸复合材料具有较高的吸湿膨胀系数,高分子聚合物具有较高的热膨胀系数,在受到光照或者湿度刺激时,两者之间的体积变化差很大。因此,致动器可由光或湿度驱动,并展现出很大的弯曲形变(受湿度驱动时曲率达1.2 cm-1,受近红外光驱动时曲率高达1.6 cm-1)。最后,利用该致动器的特性制作了一个智能夹,该智能夹能夹持自身宽度4倍、重量为单个致动器20倍的物体。随着进一步的研究和发展,这种多重驱动的致动器可用于各种环境,在许多领域有很大的应用前景,包括人工肌肉、机器人、仿生应用等。

上述研究工作得到国家自然科学基金、福建省杰出青年科学基金、福建省高校杰出青年科研人才计划等的资助。

【图文导读】

图1. Nanoscale 2018年第18期本文封面

湿度与光驱动的碳纳米管-纸/高分子复合材料致动器

图2. 双重驱动的碳纳米管-纸/高分子复合材料致动器

湿度与光驱动的碳纳米管-纸/高分子复合材料致动器

(a)不同状态下致动器的光学照片,在环境湿度RH=90 %的条件下(左图),在环境湿度RH=60 %的条件下(中图),近红外光照射时(右图);
(b)不同状态下致动器弯曲机制示意图。

图3. 基于碳纳米管-纸/高分子复合材料致动器的智能夹

湿度与光驱动的碳纳米管-纸/高分子复合材料致动器

智能夹可夹持移动比自身大的物块:(a)智能夹的初始状态;(b,c)夹子两端张开;(d)夹子抓住物块;(e,f,g)夹子提起并移动物块;(h,i)夹子释放物块。

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