对于不依赖环境加热的驱动,LCE 已被合成/加工以响应光、电场或焦耳加热。15 对光的主动响应可能非常快 16,17 并且显然对许多应用有用 18–20 但在远程/无法访问的环境中或在环境光可能影响驱动的情况下可能被禁止。或者,可以使用电场来驱动 LCE。通过添加碳纳米管,LCE 的机电响应性得到改善;然而,相对于未填充的 LCE,刚性内含物会降低驱动应变。21,22 对于厚度大于几百微米的人造肌肉,光和电场驱动都难以扩展。焦耳加热已通过表面加热器和导电填料 23–28 实现,这对于开发使用 LCE 作为软致动器的不受束缚的软机器人很有希望。29,30
摘要 - 柔软,可拉伸的传感器,例如人工皮肤或触觉传感器,由于材料的依从性较低,对于众多软机器人应用而言,具有吸引力。导电聚合物是许多软传感器的必要组成部分,这项工作介绍了3D打印导电聚合物复合材料的机电表征。使用数字光处理(DLP)的3D打印机进行表征,将狗骨形样品打印3D。3D可打印的树脂由单体,交联,导电纳米填充剂和照相机组成。表征是在两个轨道中进行的。首先,研究了两个不同组成的效果,其次,探索了导电纳米纤维浓度的影响。交联,将碳纳米管(CNT)用作导电纳米填料。样品被打印3D并使用机电测试设置进行表征。为了展示3D打印软机器人技术的实用程序,由3D打印了由导电和非导电树脂组成的基于电容的操纵杆传感器。
NuSil 的太空级硅胶在低温下保持弹性,在高温下不易分解,在材料反复暴露于极端温度的太空中具有极佳的实用性。低排气(可控挥发性)为了减轻挥发性材料在重要周围设备上凝结,领先的太空计划使用 NuSil 的低排气和超低排气 TM 硅胶来提供所需的弹性保护,以防止污染和材料降解。美国宇航局 (NASA) 和欧洲航天局 (ESA) 要求材料在用于太空之前必须按照 ASTM E595 进行测试,并且必须符合美国宇航局 SP-R-0022A 和欧洲航天局 PSS-014-702 中概述的规格,总质量损失 (TML) ≤ 1.00%,收集的挥发性可冷凝物质 (CVCM) ≤ 0.10%。NuSil 的低排气材料满足或超过这些要求,我们的超低排气 TM 材料比这些标准高出一个数量级,TML ≤ 0.10% 和 CVCM ≤ 0.010%。
无线皮肤界面电子和微流体设备有可能取代有线、笨重且繁琐的个人和临床健康监测技术,使护理从医院环境延伸到家庭。这些设备用于皮肤时,通常采用硅基热固性弹性体 (TSE) 作为封装电子元件的层或用作模制微通道,用于捕获、储存和分析生物流体(例如汗液)。阻碍此类设备商业化应用的障碍包括这些弹性体难以在传统的大规模生产实践中使用。它们相对较高的成本和无法回收是额外的缺点。相比之下,热塑性弹性体 (TPE) 完全兼容工业规模制造工艺,成本低,可回收利用。与 TSE 一样,TPE 柔软、可拉伸、可弯曲、光学透明,同时还具有其他非常适合应用于无线皮肤界面设备的特性。本文介绍了三种市售 TPE 的特性、加工和应用技术,包括两种热塑性聚氨酯,用作无线皮肤水分传感器的封装层,以及一种热塑性苯乙烯嵌段共聚物,用于微流体汗液分析平台。结果表明,TPE 可以有效地集成到这些类型的设备中,成为 TSE 的有力替代品,是一种可大规模生产的可持续材料选择。
海浪力量是间歇性可再生能源的最持久,最集中和可预测的形式之一。全球估计的资源量达到近3tw的年平均功率,波浪能在将来可能涵盖间歇性可再生能源混合的显着部分。从波浪中收集能量非常具有挑战性,并且该行业仍然不成熟,世界各地只有少数商业前系统。现有的波能转换器(WEC)复杂而昂贵,构建,安装和维护。它们也容易受到海洋环境(经历大型冲动载荷和腐蚀)的攻击,并显示出有限的能量转换效率。在这种情况下,介电弹性体发生器(DEGS)可以提供使波能利用的技术突破。DEG是由不可压缩的弹性介电层和兼容的电极制成的可变形电容器,可用于通过可变电容静电生成来将机械能将其转换为电能。1
典型的弹性体可以配制成在室温(22°C/72°F)下损耗因子在 0.05 至 0.70 范围内,具体取决于基础聚合物和特定成分。图 3a 和 3b 展示了典型弹性体对振幅和频率的响应。在设计含有弹性体的系统或产品时,重要的是要了解响应受循环振幅、频率和温度的影响。它因聚合物类型(即天然橡胶与硅树脂)和特定配方而异。环境温度会影响弹性产品的刚度,但循环会降低刚度,直到接近室温值。图 4 展示了弹性轴承的这种现象。各种弹性体以不同的特定刚度因子响应,但随着循环,刚度总是会降低。金属弹簧通常不受振幅、频率和温度的影响,但阻尼很小。这在隔离范围内是理想的,但在控制系统共振方面完全不够。金属弹簧提供较低的能量存储密度,并且不会像为相同要求设计的弹性部件那样节省空间/重量。