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新型铁电材料可以变成机器人的“肌肉”

2024-04-16 06:31:20 [休闲] 来源:颠倒衣裳网

科技日报记者 刘霞。肌肉

美国科学家领导的新型一个国际研究小组表示,他们开发的铁电一种新型铁电聚合物可以有效地将电能转化为机械应变,预计将成为一种高性能的材料成机运动控制器(起动器),并在医疗设备、可变先进机器人和精确定位系统中展示他们的器人技能,如机器人的肌肉“肌肉”。在最近的新型《自然材料》杂志上发表了相关研究论文。


PVDF/TiO2的铁电结构分析和相场模拟。
图片来源:《自然·材料》杂志。材料成机

铁电材料是可变一种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,器人这些材料中的肌肉机械应变可以改变其形状和其他特性,因此这种材料可以用作致动器。新型在外力(如电能)的铁电作用下,致动器是指能够变形的材料。

一般来说,这些发动机很硬,但铁电聚合物等软发动机具有更高的灵活性和环境适应性。聚合物是一种由许多相似单元组成的材料。DNA和尼龙是聚合物,铁电聚合物的机械应变远高于陶瓷和其他铁电材料。此外,铁电聚合物更灵活,成本更低,质量更轻,因此在软机器人和柔性电子产品领域更有前途。

研究小组指出,目前软材料引领领域面临着两大挑战:提高软材料的应力,减少驱动场。为此,他们开发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膜。研究人员通过将纳米颗粒与聚合物聚偏二氟乙烯混合,在聚合物中创建了一个相互连接的极网,使铁电聚合物的相变能够在比平时要低得多(10%)的电场下诱导,因此可用于医疗设备、光学设备、软机器人等需要低驱动场的领域。

研究人员指出,最新的研究使人们有可能为软机器人开发“人工肌肉”。这种新材料更接近人类肌肉,不仅能承受巨大的应变,还能承受高负荷。

(责任编辑:探索)

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