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PVDF有望制造‘人造肌肉’ 

来源:新材料在线 | 发表时间:2015-03-31 |

 
摘要:本文介绍了德克萨斯大学达拉斯分析的Voit博士的工作,在聚氟化乙二烯(PVDF)中融入碳纳米管和‘巴基球’,该成果或可用于“人造肌肉”和能量收集设备。

在这种新材料融入碳纳米管和‘巴基球’(黑点)能增强它的压电性能。(来源:Voit的实验室)

滤波器和滤波管中使用的高分子材料具有特殊的性质:它能在拉伸或挤压时放出电子。这项性质曾被低估了,并没有完全利用起来,但是最近,研究人员用人工方法提高了高分子材料纤维的物性,使之能释放出更多的电子,并在绿色能源和“人造肌肉”领域拥有更广泛的应用。该团队将在美国化学学会第249次国际会议上对这项成果做更详细的介绍。

“在过去的几年里,我们所做的工作都跟聚氟化乙二烯(PVDF)有关,”德克萨斯大学达拉斯分校(UTD)的博士研究生Walter Voit说道。“如果在特殊的条件下制备PVDF的话,我们可以将其制成压电材料,压电材料的意思就是在拉扯它的时候会产生电流,或是给材料加电压时,材料的形貌会改变。

PVDF和其他具有类似性质的材料已经被利用起来了,比如电子设备中的压力传感器和倾斜传感器。不过,它们的压电性能还有更广阔的应用前景,所带来的价值应该是远超现在已经利用了的。

Voit和维珍尼亚理工大学的博士生Shashank Priya合作,在这一方向上取得了突破。他们研发出了高分子的能量收集材料,该项目是能量获取材料和系统研究中心的国家科学基金项目“能量获取和运动控制技术研究”的一部分。

Voit实验室中的另一个博士生,Cary Baur,将有机纳米材料“巴基球”和单壁碳纳米管融入了PVDF中,使得PVDF的压电性能翻倍。巴基球是由碳原子组成的微小球体。巴基球和它的圆柱体变体具有很多有用的性质。

添加的碳纳米管增加了材料的电场强度,并让电场变得平稳。Voit告诉我们,实验结果表明,碳处理过的PDVF具有最佳的压电性能,并且这项成果马上就要发表正式的论文了。

而要将这种材料制成“人造肌肉”,这是对具有电流或温度应激性材料的一个非常贴切的称呼,Voit必须要增加这种材料的其他性能。恰巧,Voit的同事,Ray Baughman博士已经做过这方面的工作了。他将一束大概十根头发粗的尼龙纤维卷绕成了一根线,就像老式电话的软线一样,当然,尺寸要小得多。这种结构的材料能在加热时收缩超过50%,并且能承受16磅的拉力。

“效果就跟扭橡皮筋一样,”Voit说道。“拉它的时候也会发生形变,而且这时材料中的应力比在正常形态下的时候要大。”

Voit正在研究如何把类似的性质添加到它的PVDF碳纤维当中。“我们也得把它卷起来,”他说。“关键是怎么让它在卷起来之后仍然具有这么好的压电性能。我相信我们最终能够解决这一问题的。或许有一天,它能被用于制造人造肌肉,让假肢更接近正常的肢体。

Voit研发出来的材料的另一项可能的应用就是能量获取材料。波音公司为Voit的研究提供了一部分的资金支持,并且期待在飞机上使用这种材料,比如当乘客坐下,站起或在座位上调整姿势时,对飞机的设施,像头顶上的照明灯,做相应的调整。Voit说这会让飞机携带更少的电线,减轻重量,节约能量。

Voit还说到,他们将找到大批量生产这些材料的方法,让大型的能量收集装置和人造肌肉成为现实。

新材料在线编译整理—— 翻译:木成

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