基于CCNF/IL/石墨烯高電響應離子致動器用仿生機器人、軟機器人等

 

　　電響應離子軟致動器因其在軟機器人、仿生機器人、柔性電子產品和可穿戴設備的前景廣闊而引起了越來越多的關注。然而，現有的離子致動器仍然需要技術突破，以獲得更大的彎曲應變、更快的響應和出色的驅動耐久性。本文，浙江理工大學王帆特聘副教授、李秦川教授等研究人員在《Compos Sci Technol》期刊發表名為“Highly electro-responsive ionic soft actuator based on graphene nanoplatelets-mediated functional carboxylated cellulose nanofibers”的論文，研究報道了一種基于功能性羧化纖維素納米纖維（CCNF）摻雜離子液體（IL）和石墨烯納米片（GN）的高電響應離子致動器。所提出的CCNF-IL-GN致動器在2.0 V和0.1 Hz下表現出15.71 mm（峰峰值）的大尖端位移，更快的上升時間（2.9s），寬頻率帶寬（0.1-3.0 Hz），顯著降低的相位延遲和長致動耐久性（98.6%保持3小時），而沒有致動響應失真，所有這些都是由于設計的離子交聯電解質膜的快速易離子遷移和大量的電荷傳輸能力，由CCNF納米纖維與IL和GN的強離子相互作用和交聯產生。此外，我們還研究了致動器的仿生應用，如仿生花、仿生手指和仿生窗口。這些結果闡明了所設計的CCNF-IL-GN致動器在仿生機器人、軟機器人、可穿戴電子產品和生物醫學有源器件方面的巨大潛力。

 

　　2 圖文導讀

圖1.CCNF-IL-GN離子致動器的制備步驟示意圖
 

圖2.材料表征
 

圖3.CCNF-IL-GN執行器的驅動響應


圖4.設計的CCNF-IL-GN離子致動器的仿生應用

        3 小結
 

 

        綜上所述，利用生物友好型CCNF、IL和GN開發了一種新型高電響應離子軟致動器。基于CCNF摻雜IL和GN制備了CCNF的CCNF-IL-GN膜，具有離子傳輸快、電荷能力優異的特點。研究了致動器的仿生應用，如仿生花、仿生手指和仿生窗口。作者相信，CCNF-IL-GN致動器及其仿生設計將指導仿生機器人、軟機器人、柔性觸覺電子和生物醫學有源器件的進步。文獻：https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109845