2016年11月10日
由纯瓶刷弹性体组成的圆形膜片在无任何外部预应变的情况下，在增加电压的电驱动下的电响应。这些数字表示在室温等体积条件下电场诱导的面积膨胀。(来源:北卡罗莱纳州立大学)
一个多机构研究小组开发了一种新型电活性聚合物材料，当暴露在一个相对较小的电场时，它能够改变大小和形状。
这种新材料克服了使用电活性聚合物生产新设备的两个长期挑战，为从微机器人到设计触觉、微流控、光学和可穿戴技术的各种应用创造了空间。
这项研究是由华盛顿大学的研究人员进行的北卡罗来纳州立大学北卡罗来纳大学教堂山分校(University of North Carolina at Chapel Hill)、卡内基梅隆大学(Carnegie Mellon University)和阿克伦大学(University of Akron)
就可达到的应变而言，电介质弹性体是最敏感的电活性聚合物，但两大障碍有效地阻止了智能材料社区将其用于商业设备。亚博网站下载首先，以前的介电弹性体需要大的电场来触发驱动或运动——至少是每毫米100千伏(kV/mm)。使用我们的新材料，我们可以看到驱动水平低至约10千伏/毫米。
第二个挑战是，在此之前，材料必须进行预拉伸。亚博网站下载这可能意味着使用框架来对材料进行物理应变，或者在聚合物中添加第二种成分来保留施加后的应变。但我们的材料由一个单一的组件组成，它是在分子水平上特别设计的，天生具有预张力。换句话说，我们不需要框架或第二个组件——我们的材料一旦交联成一个特定的形状就可以使用了。
Richard J. Spontak，北卡罗来纳州立大学教授
一种“瓶刷”硅酮弹性体是一种新材料，它在实现这一突破方面发挥了至关重要的作用。这种新材料已经被设计成具有这些独特的性能，制造它并不是一项困难的任务。
“我们正在专门研究瓶刷聚合物，这种聚合物是通过将长聚合物侧链接枝到聚合物主链上制备的，”北卡罗来纳大学杰出化学教授、论文通讯作者Sergei S. Sheiko说。由此产生的分子可以看作是很厚的细丝，但仍然很有弹性，这使得材料的刚性大大降低，使它们更具有延展性。亚博网站下载此外，可以通过改变瓶刷结构来控制机械性能，例如，通过制备不同接枝链聚合程度和不同接枝密度的分子。
“这种机械性能的结构控制将干聚合物材料的刚度极限降低了1000倍，可延伸性最高可达8倍，并开辟了新的应用领域，这在硬质材料或含液体组分的材料中是无法实现的。”亚博网站下载Sheiko说。“这些应用之一——它们作为独立介质弹性体的使用——已经得到了证明，我们在本文中对此进行了讨论。”
“我们正处于确定使用这种新型材料的所有潜在方式的最早期阶段，”Spontak说。“它比预期的要好，现在我们开始考虑潜在的应用。”
先进材料亚博网站下载“瓶刷弹性体:一个独立电动驱动的新平台。”该论文的主要作者是北卡大学的博士后研究员Mohammad Vatankhah-Varnoosfaderani。论文的共同作者包括北卡罗来纳大学的William F. M. Daniel, Alexandr P. zhuhma, qioxi Li和Benjamin J. Morgan;北卡罗来纳州的丹尼尔·阿姆斯特朗(Daniel P. Armstrong);卡耐基梅隆大学的Krzysztof Matyjaszewski;阿克伦大学的安德烈·v·多勃雷宁。该研究得到了美国国家科学基金会DMR 1122483、DMR 1407645、DMR 14362亚博老虎机网登录01和DMR 1409710以及Becton Dickinson Technologies的支持。