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浙江農林大學傅深淵教授團隊《Chem. Eng. J.》：基于模量圖案化策略實現介電彈性體驅動器的定向驅動變形

2022-06-27 來源：高分子科技

定向驅動是生物運動中的一種重要運動形式，如：手指的定向彎曲運動和翅膀的上下拍動等。因此，仿生制備具有定向驅動變形功能的柔性驅動器對于實現高性能的軟體機器人具有重要的意義。其中，介電彈性體（DE）在外電場作用下具有毫秒級響應，高能量密度和大的驅動應變等優點，被譽為新一代的人工肌肉，已被廣泛用于制備柔性驅動器和軟體機器人。然而，目前基于力學各向異性DE材料開發制備的具有定向驅動變形功能的柔性驅動器還存在一些問題，如：力學各向異性模量差異小、熱穩定性差和較難實現局部可控的定向驅動變形等。

針對以上挑戰，浙江農林大學傅深淵教授團隊通過自由基共聚合將含有不飽和雙鍵的植物油基單體引入到熱固性DE薄膜中，利用巰基-烯的點擊反應實現了熱固性DE薄膜的進一步可控紫外光交聯。紫外光交聯后薄膜的初始模量可提高10倍以上（由0.28 MPa提升至3.00 MPa）；同時可通過圖案化的紫外光照射實現DE薄膜模量的圖案化設計，從而實現DE驅動器的可控驅動變形。

圖1. 力學各向異性DE薄膜的定向驅動變形示意圖

圖2. 具有后交聯功能的熱固性DE薄膜的制備及工藝優化

經具有平行條杠圖案的紫外光照射后得到的DE薄膜具有力學各向異性，可實現DE驅動器的定向驅動變形。經力學模擬發現，在紫外光照面積（30%）且驅動場強相同的條件下，增加平行光交聯的條杠數量有助于進一步提升DE薄膜的定向驅動性能；相應規律也在DE彎曲驅動器上得到了進一步的驗證，可用于制備高性能的柔性抓手。另外，通過對DE薄膜模量的圖案化設計有望實現制備具有復雜變形功能的柔性驅動器，這對于制備高性能的軟體機器人具有重要的意義。

圖3. 力學各向異性DE薄膜的制備及其定向驅動性能驗證

圖4. 高性能DE彎曲驅動器的制備及其應用展示

相關工作以“Spatially modulus-patterned dielectric elastomer actuators with oriented electroactuation”為題發表在Chemical Engineering Journal期刊上，論文的第一作者是課題組青年教師肖友華、碩士生宋元龍以及合作者曹許諾（浙江大學在讀博士生）。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722032211

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（責任編輯：xu）

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