近日，東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院楊洪教授課題組在人造肌肉材料研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，成功研制了一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)液晶彈性體材料，其具有超強(qiáng)的力學(xué)性能，在人造肌肉等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
據(jù)悉，人造肌肉又稱電活性聚合物，是一種新型智能高分子材料，可以根據(jù)電流變化呈現(xiàn)出各種復(fù)雜的狀態(tài)，例如，彎曲、延伸、扭動(dòng)和收縮等，并且它們的行為非常接近真正的肌肉纖維。開發(fā)人造肌肉不僅對(duì)醫(yī)學(xué)具有重大意義，而且對(duì)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展也至關(guān)重要。
人造肌肉所用的材料種類很多，有塑料、類似橡膠的聚合物、凝膠以及金屬，但是這些材料做成的人造肌肉面臨很多問題，機(jī)器人維修，比如需要消耗大量能量并且可能經(jīng)常失效而無法像真正的肌肉那樣能自我修補(bǔ)。
此次研發(fā)成功的液晶彈性體是一種典型的雙向形狀記憶材料，具有形變大、形變可逆等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，在仿生器件、軟機(jī)器人等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
這也意味著，利用人造肌肉制造的仿生機(jī)器人指日可待。
值得一提的是，經(jīng)過長達(dá)四十年的發(fā)展，液晶彈性體研究仍停留在實(shí)驗(yàn)室層面，未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。限制其應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問題是：液晶彈性體在形變過程中產(chǎn)生的應(yīng)力太小，無法滿足實(shí)際應(yīng)用場景的力學(xué)性能需求。
楊洪教授科研團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，采用將聚氨酯液晶彈性體和聚丙烯酸酯液晶熱固體的小分子前體組分混合、再同步交聯(lián)的技術(shù)途徑，制備了一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)液晶彈性體材料，其收縮應(yīng)變、應(yīng)力、彈性模量分別達(dá)到了46%、2.53 MPa、10.4 MPa，首次全面滿足了液晶彈性體基人造肌肉的力學(xué)性能要求。該研究成果于近日發(fā)表在國際頂級(jí)期刊《美國化學(xué)會(huì)志》雜志上。
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