新型“瓶刷”电活性聚合物使介电弹性体越来越适合用于设备gydF4y2Ba

即时发布gydF4y2Ba

理查德SpontakgydF4y2Ba rich_spontak@ncsu.edugydF4y2Ba 919.515.4200gydF4y2Ba

谢尔盖SheikogydF4y2Ba sergei.unc.edugydF4y2Ba 919.843.5270gydF4y2Ba

马特·希普曼gydF4y2Ba matt_shipman@ncsu.edugydF4y2Ba 919.515.6386gydF4y2Ba

一个多机构研究团队开发了一种新型电活性高分子材料，当暴露在相对较小的电场中时，这种材料可以改变形状和大小。这一进展克服了使用电活性聚合物开发新设备的两个长期挑战，为从微机器人到设计触觉、光学、微流体和可穿戴技术的一系列应用打开了大门。这项研究是由北卡罗来纳州立大学、北卡罗来纳大学教堂山分校、卡内基梅隆大学和阿克伦大学的研究人员共同完成的。gydF4y2Ba

“就可实现的应变而言，介电弹性体是反应最灵敏的电活性聚合物，但两大障碍有效地阻止了智能材料界在商业设备中使用它们，”北卡罗来纳州立大学化学和生物分子工程杰出教授、材料科学与工程教授Richard J. Spontak说，他与人合著了一篇描述这种新材料的论文。“首先，以前的介电弹性体需要大电场才能触发驱动或移动——至少为每毫米100千伏(kV/mm)。用我们的新材料，我们可以看到低到gydF4y2BacagydF4y2Ba．10 kV /毫米。”gydF4y2Ba

“第二个挑战是，以前，材料必须预先拉伸，”Spontak说。“这意味着要么使用框架对材料进行物理应变，要么在聚合物中添加第二种成分以在施加应变后保留应变。但我们的材料是由一个单一的成分组成的，它是在分子水平上专门设计的，固有地具有预应变。换句话说，我们不需要框架或第二个组件——只要交联成特定形状，我们的材料就可以使用了。”gydF4y2Ba

实现这一突破的新材料是一种“瓶刷”有机硅弹性体，这种弹性体被设计成具有这些独特的性能，而且制造起来并不困难。gydF4y2Ba

“我们正在专门研究瓶刷聚合物，它是通过将长聚合物侧链嫁接到聚合物主链上制备的，”北卡大学化学特聘教授、论文通讯作者谢尔盖·s·谢科(Sergei S. Sheiko)说。“由此产生的分子可以被看作是很厚的细丝，但仍然相当灵活，这可以显著降低材料的刚性，使它们更具延展性。此外，机械性能可以通过改变瓶刷结构来控制——例如，通过制备具有不同接枝链聚合程度和不同接枝密度的分子。gydF4y2Ba

Sheiko说:“这种机械性能的结构控制将干聚合物材料的刚度限制降低了1000倍，延展性提高了8倍，并开辟了刚性材料或含有液体组分的材料所不具备的新应用。”“其中一个应用-它们作为独立介电弹性体的使用-已经被证明，我们在本文中讨论了这一点。”gydF4y2Ba

斯波塔克说:“我们正处于确定使用这种新型材料的所有潜在方式的早期阶段。”“它的效果比预期的要好，现在我们开始考虑潜在的应用。”gydF4y2Ba

这张纸。”gydF4y2Ba瓶刷弹性体:独立式电动驱动的新平台gydF4y2Ba发表在该杂志上gydF4y2Ba先进材料gydF4y2Ba．这篇论文的主要作者是北卡大学的博士后研究员Mohammad Vatankhah-Varnoosfaderani。该论文由北卡罗来纳大学的William F. M. Daniel、Alexandr P. Zhushma、qioxi Li和Benjamin J. Morgan共同撰写;北卡罗来纳州的丹尼尔·阿姆斯壮;卡内基梅隆大学的Krzysztof Matyjaszewski;以及阿克伦大学的安德烈·v·多勃雷宁。这项工作得到了美国国家科学基金会和Becton Dickinson Technologies的支持，资助金额为DMR 1122483, DMR 1407645, DMR 1436201和DMR 1409710。gydF4y2Ba

希普曼-gydF4y2Ba

编者须知:gydF4y2Ba研究摘要如下。gydF4y2Ba

“瓶刷弹性体:独立式电动驱动的新平台”gydF4y2Ba

作者gydF4y2Ba: Mohammad Vatankhah-Varnoosfaderani, William F. M. Daniel, Alexandr P. Zhushma, Qiaoxi Li, Benjamin J. Morgan和Sergei S. Sheiko，北卡罗来纳大学教堂山分校;卡内基梅隆大学Krzysztof Matyjaszewski;北卡罗来纳州立大学的Daniel P. Armstrong和Richard J. Spontak;Andrey V. Dobrynin，阿克伦大学gydF4y2Ba

发表gydF4y2Ba: 11月8日gydF4y2Ba先进材料gydF4y2Ba

DOIgydF4y2Ba: 10.1002 / adma.201604209gydF4y2Ba

文摘:gydF4y2Ba介电弹性体(DEs)是人造肌肉的领先技术，因为它具有大冲程、快速响应和高能量密度的良好组合。然而，在大驱动下，DEs容易因机电不稳定性而自发破裂。这一缺点目前可以通过化学或物理支撑来解决，这增加了整个执行器组件的体积，导致设备效率和效用显著降低。现在，我们提出了一个分子设计平台，用于创建独立式执行器，允许在低应用磁场(< 10v)下实现大行程(>300%)gydF4y2BaμgydF4y2Ba米gydF4y2Ba^{－1gydF4y2Ba})以不受约束的铸态形状。该方法基于瓶刷结构，其特点是固有的张力聚合物网络，消除了机电不稳定性和支撑的需要。通过对侧链聚合度(DP)的精确和独立控制(gydF4y2BangydF4y2Ba_scgydF4y2Ba)，相邻侧链间隔器的DP (gydF4y2BangydF4y2Ba_ggydF4y2Ba)，瓶刷网股骨干的DP (gydF4y2BangydF4y2Ba_xgydF4y2Ba)，我们获得了与商用驱动器相同的有效驱动性能，具有重量更轻，电压操作更低，易于制造的优势，这为软物质机器人开辟了新的机会。gydF4y2Ba