碳纳米管人工肌肉的新型强大扭转

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多年来,人工肌肉有望为电动机和液压系统提供更灵活、更耐用的替代品。这些实验室制造的致动器通常通过向一块聚合物或由碳纳米管制成的气凝胶片材中施加电荷来制造,从而导致这些材料膨胀和收缩。这种运动有朝一日可用于驱动涡轮机、驱动机器人或移动假肢。

在一项发表在10月14日出版的科学杂志上的新研究中,一个国际研究团队描述了他们如何在新的方向上发展碳纳米管人工肌肉。德克萨斯大学达拉斯分校艾伦·G·麦克迪尔米德纳米技术研究所的科学家们已经在实验室中展示了这些类肌肉碳纳米管即使在极端温度下也能弯曲的能力,这些极端温度会冻结,或者在另一个极端,分解电活性聚合物基人工肌肉

他们最新的研究——与来自澳大利亚伍伦贡大学、加拿大不列颠哥伦比亚大学和韩国汉阳大学的科学家合作——表明,这些碳纳米管可以纺成纱线(参见左侧插图),当浸入电解质溶液中时,会以扭转方向移动,模仿大象鼻子和鱿鱼触手中天然肌肉的刚度、伸展、弯曲和扭转。研究人员发现,当施加的电压改变时,纱线甚至可以解捻(以相反的旋转方向移动)。


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如果这项研究取得进展,它将成倍增加人工肌肉的潜在用途,特别是那些由碳纳米管制成的人工肌肉。“产生旋转的致动器材料很少见,并且已展示的旋转也很小,但旋转系统,如电动机、泵、涡轮机和压缩机,被广泛需要和使用,”研究人员表示。由于正在研究的碳纳米管纱线非常细——比人类头发还细——因此也有可能将此类旋转系统小型化。

在一项测试扭转作用的实验中,研究人员将一个微小的桨叶连接到碳纳米管纱线上(参见图像)。使用低压电池作为电源,纱线的电化学充电和放电提供了任一方向的扭转旋转。这使得桨叶可以混合其浸没的液体,这可能作为用于化学分析的微流控装置的一部分非常有用。此类装置包含微观的隧道、阀门和腔室矩阵,化学溶液可以通过这些矩阵进行路由。

图像由德克萨斯大学达拉斯分校提供

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