复旦研发新型纤维状人工肌 - 收缩强度是人类骨骼肌肉十倍

必发娱乐手机版2016年11月25日讯  人造肌肉的研究开始于20世纪40年代,但真正取得进展则是最近10余年的事,这是由于今年来特殊聚合体材料和智能材料的但是,为人造肌肉的研究提供了新的发展契机。

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复旦研发新型纤维状人工肌 - 收缩强度是人类骨骼肌肉十倍

新型超强纤维状人工肌收缩强度是人类骨骼肌肉十倍,响应速度高于食蝇草的捕食速度。

复旦大学18日披露,该校高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室、先进材料实验室教授慧胜领衔的课题组通过对碳纳米管的多级螺旋组装,成功制备了一种新型的纤维状人工肌肉材料,为实现高性能的驱动和敏感器件及应用提出了全新的思路。

校方表示,彭慧胜课题组这次的研究成果围绕新型人工肌肉材料展开,新成果亮点多多,比如,其收缩强度是人类骨骼肌的十倍,甚至高于植物界响应最快的植物——食蝇草的“捕食”速度,因此在驱动和智能响应领域中有巨大的应用前景。

该项最新研究成果以“Hierarchically arranged helical fibre actuators driven by solvents and vapours”为题,在线发表于最新一期Nature Nanotechnology(《自然纳米技术》,2014年影响因子34.048)。参考文献:doi:10.1038/nnano.2015.198

彭慧胜透露,这种导电的人工肌肉材料对溶剂响应具有很高的灵敏性和选择性,在工业生产和化学品储存中,可以用来探测毒性溶剂的泄露和预警。

她解释道,在生产或储存过程中,有毒溶剂及其蒸气过量或泄露时,人工肌肉材料与危险溶剂或蒸气接触,会自动智能地伸缩或旋转,从而触动警报或安全阀门的开关,发出警报告知工作人员;或是关闭通道防止危险溶剂及蒸气进一步扩散,减少对人体的危害,将发生安全事故的可能性降到最低。

这位专家表示,研究团队将继续完善这项研究,目前已经通过对纤维进行表面改性,实现了对水的收缩和旋转响应,并制成了可感应湿度变化的智能窗帘。

据介绍,科学界对人工肌肉材料的研究很早就开始了,但传统的人工肌肉材料多是基于功能性的高分子材料,其对溶剂的响应速度很慢,运动形式单一,只能简单膨胀或弯曲,且不容易控制。受植物内部螺旋结构的启发,这次彭慧胜团队的成果创新使用的碳纳米管:比表面积很高,且质量轻,导电性好,进而在该领域取得了新的突破。

研究团队以碳纳米管为基本单元,对其进行多级螺旋构筑,在纤维内部形成了大量的纳米和微米尺度的管道结构,使得其对溶剂的响应速度大大增加,还可同时产生强劲的收缩和旋转。当碳纳米管纤维与乙醇及其蒸汽等接触,在几十毫秒内完成的收缩强度是人类骨骼肌的10倍,甚至高于植物界响应最快的植物——食蝇草的“捕食”速度。

此外,研究团队方面告诉记者,基于这种新型材料优异的驱动性能,通过巧妙的设计,该团队将会把这种质轻、柔顺且导电的人工肌肉材料更多地用于实际生产生活中。比如,制成可对不同溶剂蒸汽具有选择性反响应的变形弹簧、发电机和智能织物等。

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