2016年11月1
本文介绍了基于双向形状记忆聚合物纤维的螺旋形人工肌肉的制造工艺和驱动。(信贷-路易斯安那州立大学)
在开发方法中，当聚合物纤维被扭曲成弹簧状时，其拉伸或拉伸能力得到了显著提高。
就像黄瓜植物强大的攀爬卷须一样，这种独特的几何形状使线圈在纤维材料收缩时具有弯曲运动，这种反应可以通过加热来控制。现在，研究人员通过集中研究聚合物纤维的热性能和分子结构，以尽可能最好的方式使用手性构型，进一步增强了这些拉伸特性。
在《应用物理快报》最近的封面文章中，来自每年出版、美国路易斯安那州立大学机械与工业工程系的李国强和他的团队展示了他们如何生产一种新的纤维，这种纤维提供更高的拉伸行程，并在比以前的纤维温度低100摄氏度以上的条件下启动或触发。
我们分析了为什么聚合物纤维通过捻线和卷线可以表现得如此出色的原理。
李国强，路易斯安那州立大学
根据Li的说法，他们发现了两个驱动因素:负热膨胀系数(NCTE)和在驱动过程中纤维的解扭曲特性。Li和他的团队开发的双向形状记忆聚合物(2W-SMP)纤维解决了这两个因素。
Li的研究小组在分子水平上重点研究了导致手性对手性结构弯曲和收缩的解扭过程。2W-SMP聚合物的可逆反应来自于稳定的化学交联分子网络。
网络在聚合物中提供了定向分子链，这些定向分子链的熔化和重结晶导致了纤维的显著记忆特性的发展。
与传统纤维相比，可逆的结晶/熔体转变也提供了更好的热膨胀特性，在传统纤维中，驱动来自聚合物组分在热存在时的固有收缩(和当热被移除时的松弛)。
2W-SMP光纤显示了热膨胀/收缩，比其前身的NCTE高出一个数量级。
通过研究这两种属性，Li创建并分析的纤维在扭曲后卷曲的肌肉结构中显示出更大的拉伸驱动器，但他们也降低了驱动这些人造肌肉纤维所需的温度。
在以前使用的聚合物纤维中，驱动温度非常高，例如可以达到160°C。对于某些应用，比如医疗设备，促动温度太高。所以你得想办法降低它。
提供关于李，路易斯安那州立大学
这正是该团队所做的，报告最高驱动温度为67°C。
考虑到除医疗设备外与人体温度有关的许多应用，包括结构能适应环境变化的自愈材料和透气纺织品，低温是很重要的。亚博网站下载
Li和他的团队继续在纤维的具体工作性能以及将热能转化为驱动的效率方面遇到挑战，并寻求在未来的工作中克服这些问题。一种可能的方法是使用碳纳米管在材料中添加导电强化。
我们的聚合物很软。所以通过添加一些强化物，比如碳纳米管，我们会有两个好处。第一个使它成为导体，这意味着我们也可以利用电来触发肌肉的行为。二是碳纳米管会增加硬度。
提供关于李，路易斯安那州立大学
更好的硬度意味着纤维能更好地储存能量，从而提高能量转换效率。