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Posted in | Nanoanalysis

新的研究帮助解释微小的 “人为肌肉”惊奇的工作情况

Published on April 27, 2010 at 8:24 PM

使用中子束和基本强制显微镜,大学研究员小组与国家标准技术局 (NIST) 一起使用可能解决了关于 “人为肌肉”异乎寻常的选件类的十岁的问题 - 他们如何运作? 他们的 results* 能影响远期专门化的机器人工具设计。

这些 “人为肌肉”,首先在 20 世纪 90 年代初展示了,是 “离子聚合物金属综合” (IPMC) 致动器,在两表面镀的稀薄的聚合物主街上与执行的金属。 聚合物分子的基本的部件有一个被充电的要素附有它 (因此, “离子”),并且它形成可以由水分子和相反被充电的离子浸泡的一种开放,有渗透性的结构。 在金属化的表面间的普通的电荷在一个方向将造成主街上屈曲; 交替的充电将做它摇摆象鱼的尾标。 但是为什么?

屈曲肌肉: 弯曲在应用的电力电压下的 IPMC 致动器。 当 3 伏特潜在的极性被切换,致动器反复弯曲。 赊帐: R. 穆尔,弗吉尼亚工学院和州立大学

“有很多辩论至于驱动结构在这些的系统”, Kirt 页说 NIST 材料科学家。 一个可能性是在金属化的表面的电荷造成这个聚合物和自由离子在这种金属旁边再改方向自己,舒展一个端和收缩其他。 但是使用中子束在 NIST 中心为中子研究 (NCNR) 注意在活动的 IPMC,当它反复摇摆了,这个小组发现某事非常不同。 中子有益于特别映射水分子的地点,并且他们向显示在致动器的主要强制是动水学。 “水和离子移动向胀大一个端的一个电极,并且脱水其他,造成那收缩,并且它在该方向弯曲”,解释弗吉尼亚技术罗伯特穆尔,教授处理这个研究。 “然后您翻转潜在,离子来再移动朝新负的尖叫的后面正离子电极和您可以反复去”。

它发生惊奇地快速,根据页。 “人们没相当被说服水可能实际上移动在迅速”的这些距离他说, “本文是实际上显示那的第一个,此梯度在水含量几乎瞬间地被设立”。

更好的了解 IPMC 致动器工作如何可能允许研究员设计此类型更好的材料与被改进的性能的。 当前致动器可以是小和轻量级的,并且他们可以屈曲在相对地大距离,但是强制他们可以生成是低的,因此这些 “肌肉”根据穆尔不是非常严格。 他们可能用于 microfluidic 系统作为泵或阀门,作为在其他致动器是不切实际的甚至的应用的微小的机器人抓爪,说穆尔, “作为在活组织的实际人为肌肉。 我认为我们仍然是在初期阶段使用这些。 仍有关于我们需要打开的结构的相当多的详细资料”。

* J.K. 公园、 P.J. 琼斯, C. Sahagun, K.A. Page, D.S. Hussey, D.L. 雅各布森, S.E. 摩根和 R.B. 穆尔。 在水和 counterion 含量的电子被刺激的梯度在 electroactive 聚合物致动器软的问题内。 2010年. 6. 1444-1452。 DOI : 10.1039/b922828d.

Last Update: 12. January 2012 21:56

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