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蘭州化物所3D打印紙基光熱可逆驅動器件研究取得進展

高分子科學前沿2020-06-04 16:00:21

驅動器是一種能夠在外界信號源刺激下產生位移響應或提供力學輸出的器件,這種器件將電、熱、光等其他形式的能量按照既定程序轉化為機械能。近年來,柔性紙基驅動器因其質輕、成本低、可彎折等特點備受關注,但因紙基材料耐水性、耐溶劑性和耐熱性較差,如何在紙質基底上制備結構化驅動器件成為制約其發展的瓶頸問題之一。

日前,中國科學院蘭州化學物理研究所材料表面界面課題組采用3D打印實現了紙基光熱驅動器件的快速制備。研究人員通過在聚乳酸(PLA)中加入具有優異光熱效應的多壁碳納米管(MWCNTs)發展了MWCNTs-PLA復合線材,然后采用熔融沉積(FDM)增材制造工藝在普通辦公用紙上打印制備了紙基雙層結構驅動器件,并深入研究了驅動器雙層結構穩定性,功能層復合材料的打印層厚度和打印層結構設計對驅動器致動效果的影響,以及影響近紅外(NIR)光致機械響應行為的因素等。利用3D打印技術自由設計和制造的優勢,基于仿生學結構設計原理,研究并模擬演示了仿生花瓣致動器在NIR激光控制下花開花合的可逆過程。

3D打印紙基雙層制動器示意圖及其仿生花形制動器開合過程?

該工作近期發表在J. Mater. Chem. C (2018, 6, 2123-2131)上。不久前,課題組還報道了采用增材制造先進技術進行磁性驅動器件的免裝配制造的工作(Adv. Mater. Interfaces, 2017,4, 1700629)。3D打印柔性光、磁等驅動器件構筑方面的工作,為研究和應用智能機械、機器人等,實現其彎曲、變形與貨物運送等功能提供了新的構筑方法和解決方案。上述工作得到了國家自然科學基金(51775538,51573199)、甘肅省科技計劃(17JR5RA318,1606RJZA051)和中科院“西部之光”人才培養計劃項目的資助和支持。

來源:蘭州化物所

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