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浙江農(nóng)林大學(xué)傅深淵教授團(tuán)隊(duì)《Chem. Eng. J.》:基于模量圖案化策略實(shí)現(xiàn)介電彈性體驅(qū)動(dòng)器的定向驅(qū)動(dòng)變形
2022-06-27  來(lái)源:高分子科技

  定向驅(qū)動(dòng)是生物運(yùn)動(dòng)中的一種重要運(yùn)動(dòng)形式,如:手指的定向彎曲運(yùn)動(dòng)和翅膀的上下拍動(dòng)等。因此,仿生制備具有定向驅(qū)動(dòng)變形功能的柔性驅(qū)動(dòng)器對(duì)于實(shí)現(xiàn)高性能的軟體機(jī)器人具有重要的意義。其中,介電彈性體(DE)在外電場(chǎng)作用下具有毫秒級(jí)響應(yīng),高能量密度和大的驅(qū)動(dòng)應(yīng)變等優(yōu)點(diǎn),被譽(yù)為新一代的人工肌肉,已被廣泛用于制備柔性驅(qū)動(dòng)器和軟體機(jī)器人。然而,目前基于力學(xué)各向異性DE材料開(kāi)發(fā)制備的具有定向驅(qū)動(dòng)變形功能的柔性驅(qū)動(dòng)器還存在一些問(wèn)題,如:力學(xué)各向異性模量差異小、熱穩(wěn)定性差和較難實(shí)現(xiàn)局部可控的定向驅(qū)動(dòng)變形等。


  針對(duì)以上挑戰(zhàn),浙江農(nóng)林大學(xué)傅深淵教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)自由基共聚合將含有不飽和雙鍵的植物油基單體引入到熱固性DE薄膜中,利用巰基-烯的點(diǎn)擊反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了熱固性DE薄膜的進(jìn)一步可控紫外光交聯(lián)。紫外光交聯(lián)后薄膜的初始模量可提高10倍以上(0.28 MPa提升至3.0MPa);同時(shí)可通過(guò)圖案化的紫外光照射實(shí)現(xiàn)DE薄膜模量的圖案化設(shè)計(jì),從而實(shí)現(xiàn)DE驅(qū)動(dòng)器的可控驅(qū)動(dòng)變形。 


1. 力學(xué)各向異性DE薄膜的定向驅(qū)動(dòng)變形示意圖


 2. 具有后交聯(lián)功能的熱固性DE薄膜的制備及工藝優(yōu)化


  經(jīng)具有平行條杠圖案的紫外光照射后得到的DE薄膜具有力學(xué)各向異性,可實(shí)現(xiàn)DE驅(qū)動(dòng)器的定向驅(qū)動(dòng)變形。經(jīng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn),在紫外光照面積(30%)且驅(qū)動(dòng)場(chǎng)強(qiáng)相同的條件下,增加平行光交聯(lián)的條杠數(shù)量有助于進(jìn)一步提升DE薄膜的定向驅(qū)動(dòng)性能;相應(yīng)規(guī)律也在DE彎曲驅(qū)動(dòng)器上得到了進(jìn)一步的驗(yàn)證,可用于制備高性能的柔性抓手。另外,通過(guò)對(duì)DE薄膜模量的圖案化設(shè)計(jì)有望實(shí)現(xiàn)制備具有復(fù)雜變形功能的柔性驅(qū)動(dòng)器,這對(duì)于制備高性能的軟體機(jī)器人具有重要的意義。 


3. 力學(xué)各向異性DE薄膜的制備及其定向驅(qū)動(dòng)性能驗(yàn)證


 4. 高性能DE彎曲驅(qū)動(dòng)器的制備及其應(yīng)用展示


  相關(guān)工作以Spatially modulus-patterned dielectric elastomer actuators with oriented electroactuation”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal期刊上,論文的第一作者是課題組青年教師肖友華、碩士生宋元龍以及合作者曹許諾(浙江大學(xué)在讀博士生)。


  原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722032211

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