微米和纳米科技材料

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

本文来自微信公众号:X-MOLNews

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

各向同性是指材料的性质在各个方向都很均匀。各向异性与各向同性相反,具体是指材料的结构和性质在不同方向上有着显著的差异,比如地球磁场,在赤道处最弱,两极最强,表现出的就是宏观上地球磁场的各向异性。又比如碳纳米管,一种微观下的中空管状结构,单根碳纳米管直径大概是普通人头发丝直径的万分之一。碳纳米管本身沿长度方向具有超高的强度,电学和热学性质,远高于垂直长度的方向(即沿直径方向), 这表现出来的便是微观尺度下的各向异性。

当螺旋结构与各向异性相互碰撞,会擦出什么样的火花呢?是的,它们会迸发出超强的科技成果——那就是硬核的人工肌肉与纳米发电机。

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

人工肌肉让机器人更人类

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

那么合适的人工肌肉材料从何而来呢?

我们的硬核纳米材料——碳纳米管螺线纤维就这样出场了!

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

大家看到这里,就会发现,碳纳米管纤维就是我们的人工肌肉材料。

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

上文提到的碳纳米管纤维人工肌肉,能把不同能量形式的外界刺激转化为机械能,比如通电能使它产生收缩和转动。那么相反的,可不可以通过将碳纳米管纤维变形来发电呢?这就是我们马上要介绍的纳米发电机。

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

货号:901046碳纳米管阵列

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

货号:901082碳纳米管薄膜

揭秘人工肌肉和纳米发电机:螺旋结构与各向异性的硬核结合

货号:901056碳纳米管薄膜

♡文献列表♡

[1] J. Foroughi, G. M. Spinks et al., Torsional carbon nanotube artificial muscles, Science 334, 494-497 (2011)

[2] M. D. Lima*, N. Li*, M. Jung de Andrade et al., Electrically, Chemically, and Photonically Powered Torsional and Tensile Actuation of Hybrid Carbon Nanotube Yarn Muscles, Science 338, 928-932 (2012)

[3] J. A. Lee, N. Li, C. S. Haines et al., Electrochemically Powered, Energy-Conserving Carbon Nanotube Artificial Muscles, Advanced Materials, 29, 1700870 (2017)

[4] S. H. Kim et al., Bio-inspired, Moisture-Powered Hybrid Carbon Nanotube Yarn Muscles, Scientific Reports 6, 23016 (2016)

[5] J. Lee, et al., Carbon Nanotube Yarn-Based Glucose Sensing Artificial Muscle, Small 12, 2085–2091(2016)

[6] J. Mu, et al., Sheath-run Artificial Muscles, Science 365, 150-155 (2019)

[7] C. S. Haines, M. D. Lima, N. Li, et al., Artificial Muscles from Fishing Line and Sewing Thread, Science 343, 868-872 (2014)

[8] C. S. Haines*, N. Li*, et al., New Twist on Artificial Muscles, PNAS 113, 11709-11716 (2016)

[9] S. H. Kim*,C. S. Haines*, N. Li*, et al., Harvesting electrical energy from carbon nanotube yarn twist, Science, 357, 773-778 (2017)

你可能还喜欢

发表评论

您的电子邮件地址将不会发布。

此站点使用Akismet来减少垃圾评论。了解我们如何处理您的评论数据