突破40年技術瓶頸 新型人工肌肉材料研發成功
2021-01-07 18:19:41
人工肌肉是一種新型智能形狀記憶材料，它能夠通過材料內部結構的改變而伸縮、彎曲、束緊或膨脹。目前，常用的人工肌肉材料有壓電陶瓷、形狀記憶合金、電活性聚合物等。近日，記者從東南大學獲悉，該校化學化工學院楊洪教授課題組研制出了一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網絡結構液晶彈性體材料，其具有超強的力學性能，突破了40年來的研究瓶頸，在人造肌肉等領域有廣泛的應用前景。該研究成果于近日發表在國際期刊《美國化學會志》雜志上。??
液晶彈性體是一種典型的雙向形狀記憶材料，具有形變大、形變可逆等技術優點，在仿生器件、軟機器人等領域有很好的應用前景。然而，經過長達40年的發展，液晶彈性體研究仍停留在實驗室層面，未實現工業化應用。??楊洪介紹，液晶彈性體40年前就研發出來了，20年前，人們認識到它可以作為人工肌肉的優質材料使用。“液晶彈性體作為最好的雙向形狀記憶材料，形變量大，可以從100厘米壓縮到20厘米，形變速度也快，這比壓電陶瓷等材料更有優勢。”??
但限制其應用的關鍵科學問題是，液晶彈性體在形變過程中產生的應力太小，無法滿足實際應用場景的力學性能需求。楊洪說：“影響應力大小的一個很重要的指數是彈性模量的大小，目前國內外研究的液晶彈性體的形變彈性模量只有一點幾兆帕，如果想用作人工肌肉使用，至少要到10兆帕。”??
楊洪教授科研團隊另辟蹊徑，采用將聚氨酯液晶彈性體和聚丙烯酸酯液晶熱固體的小分子前體組分混合，再同步交聯的技術途徑，制備了一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網絡結構液晶彈性體材料，其收縮應變、應力、彈性模量分別達到了46%、?2.53兆帕、10.4兆帕，首次全面滿足了液晶彈性體基人造肌肉的力學性能要求，突破了該領域的技術瓶頸。
