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新型铁电材料可变身机器人“肌肉”

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发布时间:Wednesday, July 19, 2023 来源:科技日报 已经查看了23748次

美国科学家领导的一个国际研究小组表示,他们研制出的一种新型铁电聚合物,能高效地将电能转化为机械应变,有望成为一种高性能的运动控制器(致动器),在医疗设备、先进机器人和精密定位系统中大显身手,例如作为机器人的“肌肉”等。相关研究论文发表于最近的《自然·材料》杂志。 铁电材料是一类在施加外部电荷时表现出自发电极化的材料。在相变过程中,这些材料中的机械应变可以使其形状等特征发生变化,因此这种材料可用作致动器。致动器指在外力(如电能)作用下能变形的材料。 一般而言,这些致动器很坚硬,但铁电聚合物等软致动器具有更高的灵活性和环境适应性。聚合物是一类由许多相似单元结合在一起形成的材料,DNA和尼龙都是聚合物,铁电聚合物的机械应变比陶瓷等其他铁电材料高得多。此外,铁电聚合物还更柔韧、成本更低、质量更轻,因此在软机器人和柔性电子产品等领域更有前景。 研究团队指出,目前软材料致动领域面临两大挑战:提高软材料的受力以及降低驱动场。为此,他们开发出了一种渗透性铁电聚合物纳米复合物PVDF/TiO2,这是一种附着在聚合物上的微型贴膜。通过将纳米颗粒掺入聚合物聚偏二氟乙烯内,研究人员在聚合物内创造了一个相互连接的极网络,使铁电聚合物的相变能在比通常所需低得多(10%)的电场下被诱导,因此可用于医疗设备、光学设备和软机器人等需要低驱动场的领域。 研究人员指出,最新研究让人们为软机器人开发“人工肌肉”成为可能,这种新材料更接近人类肌肉,除能承受大的应变外,还能承受高负荷。