Представлен умный эластомер, который может самостоятельно регулировать свою жесткость и проводимость

Прочитано: 104 раз(а)


Умные материалы — это материалы, которые способны изменять свои свойства в ответ на определенные внешние раздражители, такие как температура, влажность, свет или приложенное напряжение. Одним из наиболее известных примеров интеллектуальных материалов является сплав с памятью формы (SMA), тип металлического материала, который может изменять свою форму в ответ на изменение температуры.

Другой пример интеллектуальных материалов включает пьезоэлектрические материалы, которые генерируют электрический заряд в ответ на приложенное механическое воздействие . Умные материалы имеют широкий спектр потенциальных применений, в том числе в аэрокосмической, автомобильной, робототехнике, производстве и биомедицинской инженерии.

Материалы с переменной жесткостью — это тип интеллектуальных материалов, которые могут настраивать свою жесткость или устойчивость к деформации в ответ на внешние раздражители. Это свойство позволяет материалу адаптироваться к изменяющимся условиям и улучшать характеристики в широком диапазоне сред.

Одним из основных преимуществ материалов с переменной жесткостью является то, что они могут повысить эффективность, безопасность и надежность механических систем. Например, материалы с переменной жесткостью можно использовать для создания роботизированных манипуляторов и захватов, которые могут адаптироваться к различным объектам и средам. Это позволяет манипулятору или захвату робота манипулировать различными объектами различной формы, размера и веса, что может снизить сложность и повысить общую эффективность роботизированной системы.

Инновационные интеллектуальные материалы с настраиваемыми электромеханическими свойствами революционизируют области производства, носимых устройств и робототехники. Однако на сегодняшний день еще предстоит создать материал, который может разумно настраивать свои электрические и механические свойства в ответ на изменения окружающей среды и синергетически использовать измененные свойства без внешнего контроля.

Чтобы восполнить этот пробел, совместная исследовательская группа под руководством доктора Шияна Танга из Бирмингемского университета вместе с сотрудниками из Китайского университета науки и технологий, Кембриджского университета и Университета Вуллонгонга разработала интеллектуальный материал под названием эластомер с гибридным металлическим наполнителем Филда (FMHE). FMHE состоит из гибридных наполнителей из металла Филда (нетоксичный сплав с низкой температурой плавления) и игольчатых микрочастиц никеля, встроенных в эластомерную матрицу.

Об этом исследовании сообщается в их недавней статье, опубликованной в журнале Science Advances .

FMHE, созданный исследователями, может реагировать как на механическую нагрузку, так и на электрические токи, демонстрируя переменную и настраиваемую электропроводность и жесткость без внешнего управления. Плавление и затвердевание металла поля позволяют изменить жесткость. FMHE также демонстрирует нетрадиционное отрицательное пьезосопротивление и высокую чувствительность к деформации, при этом удельное сопротивление уменьшается в миллионы раз как при сжатии, так и при растяжении.

Используя эти свойства синергетическим образом, исследователи продемонстрировали два приложения в интеллектуальных и устойчивых системах с повышением производительности более чем на порядок по сравнению с современным уровнем техники. Первое приложение представляет собой самозапускающийся многоосевой компенсатор податливости, который может защитить роботизированных манипуляторов от чрезмерных движений сжатия, изгиба и кручения.

Второе применение — самовосстанавливающийся токоограничивающий предохранитель, который предлагает регулируемые токи плавления и значительно превосходит коммерческие продукты с точки зрения компактности, диапазона рабочего тока и скорости срабатывания.

«Я очень рад, что наши эксперименты и моделирование раскрыли механизм отрицательного пьезорезистивного эффекта и регулируемую проводимость, чувствительность к деформации и жесткость этого умного материала. Я надеюсь, что это исследование станет началом дальнейшего изучения этого нового семейства материалов. который может произвести революцию в развитии интеллектуальной и устойчивой робототехники и электроники», — сказал доктор Гуолинь Юнь, первый автор исследования.

«Эти самоотзывчивые интеллектуальные материалы не только предлагают возможности для экономии средств, но и повышают надежность за счет снижения потребности в сложных системах управления», — сказал доктор Шиянг Тан.

Это исследование имеет большое значение для производства, робототехники и электроники, что потенциально может привести к разработке электромеханических систем с улучшенными характеристиками и функциональностью.

Представлен умный эластомер, который может самостоятельно регулировать свою жесткость и проводимость



Новости партнеров