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突破40年技术瓶颈 新型人工肌肉材料研发成功

时间:2019-10-25 15:11:40作者:admin
 

新知识

人工肌肉是一种新型智能形状记忆材料,它可以通过材料内部结构的变化来拉伸、弯曲、收紧或扩张。目前,常用的人工肌肉材料包括压电陶瓷、形状记忆合金、电活性聚合物等。近日,记者从东南大学了解到,东南大学化学化工学院杨红教授的研究小组开发了一种聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿网络结构液晶弹性体材料,该材料具有超强的力学性能,突破了40年的研究瓶颈,在人造肌肉等领域具有广阔的应用前景。研究结果最近发表在国际期刊《美国化学学会杂志》上。

液晶弹性体是一种典型的双向形状记忆材料,具有大变形和可逆变形的技术优势,在仿生器件、软机器人等领域具有良好的应用前景。然而,经过40年的发展,液晶弹性体的研究仍处于实验室水平,尚未产业化。

杨红说,液晶弹性体是40年前开发的,20年前,人们意识到它可以用作人造肌肉的高质量材料。液晶弹性体作为最好的双向形状记忆材料,变形量大,可从100厘米压缩到20厘米,变形速度快,比压电陶瓷等材料更有优势

然而,限制其应用的关键科学问题是液晶弹性体在变形过程中产生的应力太小,不能满足实际应用场合的机械性能要求。杨红说:“影响应力的一个非常重要的指标是弹性模量。目前,国内外研究的液晶弹性体的变形弹性模量只有几兆帕。如果你想把它用作人造肌肉,它必须至少有10兆帕。”

杨红教授的科研团队开发了一种新方法,采用聚氨酯液晶弹性体和聚丙烯酸酯液晶热固体小分子前驱体组分混合,然后同步交联的技术途径,制备聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿网络结构液晶弹性体材料。其收缩应变、应力和弹性模量分别达到46%、2.53兆帕和10.4兆帕,首次完全满足液晶弹性体基人工肌肉的力学性能要求,突破了该领域的技术瓶颈。

(金锋)

 
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