浙江农林大学傅深渊教授团队《Chem. Eng. J.》：基于模量图案化策略实现介电弹性体驱动器的定向驱动变形

2022-06-27 来源：高分子科技

定向驱动是生物运动中的一种重要运动形式，如：手指的定向弯曲运动和翅膀的上下拍动等。因此，仿生制备具有定向驱动变形功能的柔性驱动器对于实现高性能的软体机器人具有重要的意义。其中，介电弹性体（DE）在外电场作用下具有毫秒级响应，高能量密度和大的驱动应变等优点，被誉为新一代的人工肌肉，已被广泛用于制备柔性驱动器和软体机器人。然而，目前基于力学各向异性DE材料开发制备的具有定向驱动变形功能的柔性驱动器还存在一些问题，如：力学各向异性模量差异小、热稳定性差和较难实现局部可控的定向驱动变形等。

针对以上挑战，浙江农林大学傅深渊教授团队通过自由基共聚合将含有不饱和双键的植物油基单体引入到热固性DE薄膜中，利用巯基-烯的点击反应实现了热固性DE薄膜的进一步可控紫外光交联。紫外光交联后薄膜的初始模量可提高10倍以上（由0.28 MPa提升至3.00 MPa）；同时可通过图案化的紫外光照射实现DE薄膜模量的图案化设计，从而实现DE驱动器的可控驱动变形。

图1. 力学各向异性DE薄膜的定向驱动变形示意图

图2. 具有后交联功能的热固性DE薄膜的制备及工艺优化

经具有平行条杠图案的紫外光照射后得到的DE薄膜具有力学各向异性，可实现DE驱动器的定向驱动变形。经力学模拟发现，在紫外光照面积（30%）且驱动场强相同的条件下，增加平行光交联的条杠数量有助于进一步提升DE薄膜的定向驱动性能；相应规律也在DE弯曲驱动器上得到了进一步的验证，可用于制备高性能的柔性抓手。另外，通过对DE薄膜模量的图案化设计有望实现制备具有复杂变形功能的柔性驱动器，这对于制备高性能的软体机器人具有重要的意义。

图3. 力学各向异性DE薄膜的制备及其定向驱动性能验证

图4. 高性能DE弯曲驱动器的制备及其应用展示

相关工作以“Spatially modulus-patterned dielectric elastomer actuators with oriented electroactuation”为题发表在Chemical Engineering Journal期刊上，论文的第一作者是课题组青年教师肖友华、硕士生宋元龙以及合作者曹许诺（浙江大学在读博士生）。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722032211

版权与免责声明：中国聚合物网原创文章。刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn，并请注明出处。

（责任编辑：xu）

【大中小】【打印】【关闭】

诚邀关注高分子科技

更多>>最新资讯

更多>>科教新闻