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記者6日從中國科學院合肥物質科學研究院獲悉,該院固體所田興友研究員和張獻研究員團隊受植物卷須啟發,利用液態金屬微球的光熱效應開發了基于不對稱熱膨脹的液態金屬 /聚酰亞胺 /聚四氟乙烯可編程光熱致動器。該光熱致動器在柔性機器人、智能設備和仿生系統領域展現出廣闊的應用前景。相關成果作為封面文章日前發表在材料類期刊 《先進功能材料》上。
光熱致動器可以將光能通過熱能轉化為機械能,憑借結構簡單、構筑方法便捷、光源清潔可持續等特點,引起了研究人員的極大關注。然而,構筑光熱致動器的常用光熱填料碳材料和金屬微晶是剛性填料,會降低基底的柔韌性和光熱致動器的響應速率。液態金屬作為一種新興柔性填料,其微球與其他金屬顆粒類似,且具有優異的光熱性能,可用于制備光熱致動器。 不對稱熱膨脹是構筑光熱致動器的基本原理,但尚未用于構筑可編程液態金屬光熱致動器。基于不對稱熱膨脹的液態金屬光熱致動器也無法滿足需要多種動作的復雜應用,大大限制了光熱致動器的應用。因此,構筑基于不對稱熱膨脹的可編程液態金屬光熱致動器并豐富其動作至關重要。 鑒于此,受植物卷須的啟發,研究人員通過引入聚四氟乙烯帶作為“可以收縮和彎曲的原生質層”,構筑了基于不對稱熱膨脹的可編程液態金屬光熱致動器。該可編程液態金屬光熱致動器具有形變大、響應快、穩定性優異和高承重等優點。研究人員進一步對該可編程液態金屬光熱致動器進行了建模,通過有限元分析準確預測了彎曲形貌。 這項研究基于初始形態的可編程性和模型預測,成功設計出具有爬行、滾動、游泳、抓取、搬運等多種功能的機器人。該成果為光熱致動器的設計提供了新策略,并使得光熱致動器未來在仿生系統和機器人領域的發展應用成為可能。 |