突破40年技术瓶颈 新型人工肌肉材料研发成功
2021-01-07 18:19:41
人工肌肉是一种新型智能形状记忆材料，它能够通过材料内部结构的改变而伸缩、弯曲、束紧或膨胀。目前，常用的人工肌肉材料有压电陶瓷、形状记忆合金、电活性聚合物等。近日，记者从东南大学获悉，该校化学化工学院杨洪教授课题组研制出了一种聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿网络结构液晶弹性体材料，其具有超强的力学性能，突破了40年来的研究瓶颈，在人造肌肉等领域有广泛的应用前景。该研究成果于近日发表在国际期刊《美国化学会志》杂志上。
液晶弹性体是一种典型的双向形状记忆材料，具有形变大、形变可逆等技术优点，在仿生器件、软机器人等领域有很好的应用前景。然而，经过长达40年的发展，液晶弹性体研究仍停留在实验室层面，未实现工业化应用。杨洪介绍，液晶弹性体40年前就研发出来了，20年前，人们认识到它可以作为人工肌肉的优质材料使用。“液晶弹性体作为最好的双向形状记忆材料，形变量大，可以从100厘米压缩到20厘米，形变速度也快，这比压电陶瓷等材料更有优势。”
但限制其应用的关键科学问题是，液晶弹性体在形变过程中产生的应力太小，无法满足实际应用场景的力学性能需求。杨洪说：“影响应力大小的一个很重要的指数是弹性模量的大小，目前国内外研究的液晶弹性体的形变弹性模量只有一点几兆帕，如果想用作人工肌肉使用，至少要到10兆帕。”
杨洪教授科研团队另辟蹊径，采用将聚氨酯液晶弹性体和聚丙烯酸酯液晶热固体的小分子前体组分混合，再同步交联的技术途径，制备了一种聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿网络结构液晶弹性体材料，其收缩应变、应力、弹性模量分别达到了46%、 2.53兆帕、10.4兆帕，首次全面满足了液晶弹性体基人造肌肉的力学性能要求，突破了该领域的技术瓶颈。
