高性能多响应纸基制动器

随着智能控制设备的飞速发展，柔性制动器在柔性机器人、人工肌肉、仿生设备等领域具有极大的应用潜力和需求。现阶段...



随着智能控制设备的飞速发展，柔性制动器在柔性机器人、人工肌肉、仿生设备等领域具有极大的应用潜力和需求。现阶段的研究集中于光学、化学和光驱动的柔性制动器。然而，现有的制动器研究多存在输出信号弱、变形量小、变形方式单一等问题，因此，发展具有低操作电压、敏感响应、程序化变形的柔性制动器具有重要的价值。

近期，基于复写纸的吸湿收缩特性和聚丙烯薄膜在升温过程中的热膨胀效应，研究人员设计出了新型的双层制动器。与传统的将活化层和钝化层贴合在一起的双层制动器不同，该双层制动器由两层活化层组成。首先，在复印纸上打印出电阻加热图案，然后在图案上滴涂银纳米线溶液，形成银纳米线导电网络，以保证制动器工作所需的低电压；之后，将PEDOT:PSS和乙二醇的混合溶液涂敷在银纳米线网络上，以增加结构的强度，形成一层纸基复合膜；最后，在该复合膜的后面粘贴聚丙烯薄膜，形成一双层电热驱动器。

由于复写纸的可折叠性和各向异性的吸湿膨胀，可以使得制动器进行一系列程序化机械运动，如弯曲、角度、线性和扭转运动。这种电热驱动的制动器可以在低电压（≤8V）、低的输入能量密度（≤0.14 W cm-2）和低温度变化（≤35℃）下工作，可以产生较高的输出力，举起比自身重量高53.7倍的物体。



除了电驱动，该纸基驱动器也可以用湿度和光进行驱动。研究者展示了其在柔性抓取机器人和航空机器人的轻质纸基机翼中的应用。通过调节纸基底的孔隙率和纤维取向、活性层的厚度等因素，预期该驱动器的性能可得到进一步提升。

文章来源：MortezaAmjadi, Metin Sitti. High-Performance Multiresponsive Paper Actuators. ACSNano, DOI: 10.1021/acsnano.6b05545

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