突破40年技術(shù)瓶頸 新型人工肌肉材料研發(fā)成功
2021-01-07 18:19:41
人工肌肉是一種新型智能形狀記憶材料，它能夠通過材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變而伸縮、彎曲、束緊或膨脹。目前，常用的人工肌肉材料有壓電陶瓷、形狀記憶合金、電活性聚合物等。近日，記者從東南大學(xué)獲悉，該校化學(xué)化工學(xué)院楊洪教授課題組研制出了一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)液晶彈性體材料，其具有超強(qiáng)的力學(xué)性能，突破了40年來的研究瓶頸，在人造肌肉等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。該研究成果于近日發(fā)表在國(guó)際期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》雜志上。??
液晶彈性體是一種典型的雙向形狀記憶材料，具有形變大、形變可逆等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，在仿生器件、軟機(jī)器人等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。然而，經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)40年的發(fā)展，液晶彈性體研究仍停留在實(shí)驗(yàn)室層面，未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。??楊洪介紹，液晶彈性體40年前就研發(fā)出來了，20年前，人們認(rèn)識(shí)到它可以作為人工肌肉的優(yōu)質(zhì)材料使用。“液晶彈性體作為最好的雙向形狀記憶材料，形變量大，可以從100厘米壓縮到20厘米，形變速度也快，這比壓電陶瓷等材料更有優(yōu)勢(shì)。”??
但限制其應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問題是，液晶彈性體在形變過程中產(chǎn)生的應(yīng)力太小，無法滿足實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景的力學(xué)性能需求。楊洪說：“影響應(yīng)力大小的一個(gè)很重要的指數(shù)是彈性模量的大小，目前國(guó)內(nèi)外研究的液晶彈性體的形變彈性模量只有一點(diǎn)幾兆帕，如果想用作人工肌肉使用，至少要到10兆帕。”??
楊洪教授科研團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，采用將聚氨酯液晶彈性體和聚丙烯酸酯液晶熱固體的小分子前體組分混合，再同步交聯(lián)的技術(shù)途徑，制備了一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)液晶彈性體材料，其收縮應(yīng)變、應(yīng)力、彈性模量分別達(dá)到了46%、?2.53兆帕、10.4兆帕，首次全面滿足了液晶彈性體基人造肌肉的力學(xué)性能要求，突破了該領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸。
