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运动天赋:由于它的毛孔和化学结构,由马克斯普朗克胶体和界面研究所的科学家开发的膜比同类致动器更快,更有力地卷曲

信用:胶体和界面材料科学家的MPI产生了一种膜当它接触到来自有机溶剂的蒸气时,很快就会卷曲,模仿对维纳斯捕蝇草等外部刺激作出反应的生物结构现在由一个团队与波茨坦马克斯普朗克胶体与界面研究所的科学家一起展示发展出意想不到的力量研究人员已经制作了一种膜,当它与有机溶剂(如丙酮)中的蒸气接触时会非常快速地卷曲

使用箔片 - 专家称之为致动器 - 它们可以模仿对外部刺激作出反应的生物结构

维纳斯捕蝇草或冰植物种子囊的盖子执行器特别贴近生物模型,因为科学家们首次将设计原理应用到材料科学家以前没有用于此类系统的设计原理:首先,他们设计的膜的顶部是硬的,并且它下面的材料逐渐变得柔软;第二,箔片上散布着孔隙,确保溶剂能够快速进入膜片

因此,它对外部刺激的反应比其他致动器更快

这种材料可用作机器人中的人造皮肤和肌肉,也适用于用作传感器虽然植物没有肌肉,但它们中的许多都是非常有活力的

例如,冰植物种子胶囊的盖子在它们变湿时会打开,也就是说,当种子繁殖的条件成为现实时,胶囊变干,盖子再次关闭植物具有胶囊盖的巧妙结构,以感谢它成功繁殖的前景不同于顶部,胶囊的底部可以吸收水分并因此膨胀湿盖然后打开如果它们变干,则再次折叠由研究团队与马克斯普朗克胶体与界面研究所研究组负责人Jiayin Yuan共同开发的仿生致动器f以非常相似的方式进行“我们的膜对外部刺激的反应速度比以前的聚合物执行器快十倍”,Jiayin Yuan表示“此外,它的运动更大”这种膜施加的力使其能够提升20倍左右

自己的重量当科学家们通过它的步伐时它甚至几乎完美地发挥作用:首先,他们使用液氮将材料冷却至零下190摄氏度两小时,然后将它加热一整天至加上200摄氏度并且最后,它们使其受到每平方厘米一吨的压力尽管在这种折磨过程中膜失去了一些反应速度,它仍然比所有可比的聚合物致动器更好地工作,当它们与液体接触时移动分级交联和毛孔完全不同材料科学家已经采用不同的方法来开发仿生生物模型的仿生致动器但是,到目前为止他们没有成功接近自然模型与植物的机械组件一样,材料的结构在这里有所不同“我们的膜有一个梯度,即一个斜坡,在它的交叉连接水平,是也是多孔的,“Jiayin Yuan说道”由于这两个结构特点,我们的执行器响应迅速并且运动很大“到目前为止,这种执行器由两层吸收不同量的液体组成

这种材料组合只能进行相对较小的运动也很慢许多这些系统生产起来非常复杂,当它们变得太热或太干时它们中的一些失效研究人员通过首先在相应的溶液中从离子聚合物生成膜来获得它们特别有效的膜致动器柱状分子与离子聚合物具有潜在的连接点,并入该箔中

然后研究人员将分子连接起来使用氨溶液的支柱和链条,其激活支柱的连接点 这里的诀窍是氨溶液只能从一侧进入膜,因为它位于一个平板上因此,溶液只能从上方缓慢地滴入箔中

因此,它与上侧的组件强烈连接但是随着强度的降低,溶液越深越透过膜

此外,氨水具有额外的效果;它还会在箔片中留下毛孔来自溶剂的蒸汽,例如丙酮,通过孔隙迅速扩散通过膜片然而,致动器的有机燃料在顶部没有很大的作用,它强烈地交叉连接并且很硬然而,当它渗透到底部时,其活性增加:它使离子聚合物膨胀,从而使膜弯曲

膜也可以区分不同的溶剂

这种致动器可用于材料必须响应外部刺激的所有应用中通过移动例如,由Jiayin Yuan和他的团队开发的膜,Helmholtz-Zentrum Berlin的研究人员也为此做出了贡献,可以为机器人提供人造皮肤和肌肉

它的特别吸引力在于没有额外的能量会必须用于运动这将由刺激本身提供

研究人员被另一个相当意外的应用所震惊当他们测试不同的溶剂为他们的执行器加油时:“膜以非常有特色的方式对我们使用的每种溶剂作出反应 - 无论是在运动力和反应时间方面,”Jiayin Yuan解释说“所以它是也非常适合用作可以区分不同有机溶剂的传感器“波茨坦马克斯普朗克研究所的研究人员现在的目标是进一步开发他们的材料他们正致力于一种不是通过溶剂而是通过光激活的执行器,Jiayin Yuan只看到了他的研究对象提供的机会之一:“我们希望证明聚离子液体能够使用其他材料难以想象的应用”出版物:Qiang Zhao,等,“瞬间多响应多孔聚合物致动器驱动通过溶剂分子吸附,“Nature Communications 5,产品编号:4293; doi:101038 / ncomms5293来源:Max Planck Institute图片:胶体和界面的MPI

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