苏州纳米地址仿生人工肌肉和压电传感器研究方

发布于2021-04-02 16:32    文章来源:网络整理

苏州纳米地址仿生人工肌肉和压电传感器研究方面取得新希望

2021-03-20 09:27 来历:小材科研

原标题:苏州纳米地址仿生人工肌肉和压电传感器研究方面取得新希望

跟着软体呆板人和智能可穿着电子设备的飞速成长,仿生智能纤维人工肌肉的研究和应用迩来被遍及研究。人工肌肉纤维具有与生物肌肉纤维相雷同的成果和布局,在适当的外界刺激方法下,发生仿生物肌肉的感知传感和反馈驱动行动。其在软体呆板人、智能穿着以及帮助医疗等规模有重要的应用前景。针对全固态人工肌肉纤维驱动器和传感器的布局设计、成果优化及应用场景展示等问题,中科院苏州纳米所邸江涛、李清文研究团队开展了恒久的研究,近期取得了新希望。

在今朝研究的浩瀚人工肌肉纤维中,基于离子嵌入/脱出的电化学人工肌肉纤维由于其低的事情电压,无明明热效应等特点而引起科研人员的浓重乐趣。可是基于今朝的研究近况,电化学人工肌肉纤维仍然面对着一些挑战。譬喻,今朝的电化学人工肌肉纤维主要是基于液态的事情体系,无法在氛围中不变的事情,这严重限制了电化学人工肌肉的应用范畴。

针对上述挑战,中科院苏州纳米所邸江涛、李清文团队从质料选择和布局设计出发,构筑了一种离子液体填充纳米纤维鞘层的电化学人工肌肉纤维。

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图1.电化学人工肌肉的布局以及事情道理示意图

该电化学人工肌肉纤维可以或许在氛围中不变事情,其布局以及事情道理如图1所示。施加低电压时,阴阳离子别离超正负电极迁移并嵌入,使得人工肌肉纤维收缩。当移除电压时,阴阳离子从电极脱出,人工肌肉纤维恢复兴长

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图2. 电化学人工肌肉纤维的制备流程及布局表征. a.制备流程;b. CNT 纤维;c.PVDF-HFP/CNT纤维;d. PVDF-HFP/CNT纤维截面;e.加捻后的PVDF-HFP/CNT纤维;f.自绞合后的PVDF-HFP/CNT纤维;g.集束后的PVDF-HFP/CNT纤维.

首先他们操作原位静电纺丝技能,欧洲杯投注app ,在碳纳米管(CNT)纤维外貌匀称沉积一层PVDF-HFP纳米纤维。接着将PVDF-HFP/CNT复合纤维加捻成螺旋布局,通过自绞合、剪切等别离组成正负电极,浸泡离子液体后即形成电化学人工肌肉(图2)。

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图3. 电化学人工肌肉纤维的不变性表征.

PVDF-HFP纳米纤维层具有大量的孔隙布局,可以储存大量的离子,同时具有精采的离子电导率。另外其还具有精采的机器机能,可以作为两个电极之间的隔阂,从而制止了短路现象。离子液体具有宽的电化学窗口,低的蒸汽压。因此离子液体填充纳米纤维鞘层的电化学人工肌肉具有精采的不变性。其可以在宽范畴的情况湿度和温度下、恒久储存在氛围中,以及打结后均可以或许不变事情(图3)。

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图4. 电化学人工肌肉纤维的应用展示

基于该人工肌肉纤维精采的不变性以及驱念头能,他们将这种不变的电化学人工肌肉纤维作为驱动组件应用到仿朝气器人器件中。图4展示了仿生手臂和三爪抓手。通过集束增加输着力,人工肌肉纤维可以提起自身重量近百倍的小哑铃。将人工肌肉纤维与弹簧集成制备的三爪抓手,像人的手一样可以抓取、保持、释放重物。

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图5. 碳纳米管纤维新型压电离子纤维布局示意图及其压电离子效应产朝气理

该成就以 Strong and Robust Electrochemical Artificial Muscles by Ionic-Liquid-in-Nanofiber-Sheathed Carbon Nanotube Yarns 为题颁发在 small 上。论文第一作者是博士生任明,通讯作者为邸江涛研究员和李清文研究员,相助者包罗香港理工大学陈韦传授。感激邓捷和孙一洋同学提供的辅佐。

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图6. 编入压电离子纤维无源应变传感器的智妙手套与机器手的人机交互