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苏州纳米所碳纳米管生物复合材料电驱动性能研究获新进展

2010-05-29 00:00 胡颖 中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 阅读 0
核心摘要: 中科院苏州纳米所陈韦研究员课题组在碳纳米管/壳聚糖复合材料的可控电驱动性能研究中取得新进展。通过溶液超声混合和蒸发成膜制备的复合薄膜,在低压交流信号下可产生与电信号一致的振动,机理为碳纳米管的电热转换导致热膨胀收缩。该研究为人工肌肉、仿生微型机器人等应用提供了新思路,成果发表于ACS Nano。

电驱动材料是一种能在外界电信号的刺激下产生形变的材料,因其在人工肌肉、微型机器人等领域的巨大应用潜力而备受关注。碳纳米管(CNT)具有优异的电学、力学和热学性能,自1999年美国德克萨斯大学Baughman团队首次报道单壁碳纳米管在电解液中的电驱动现象以来,碳纳米管的电驱动研究日益深入。近年来,碳纳米管/聚合物复合材料的电驱动性能也引起广泛关注,碳纳米管的加入可显著提升聚合物的电学、力学和热学特性,使其在电驱动领域展现出良好的应用前景。

最近,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所陈韦研究员课题组在碳纳米管与生物聚合物复合材料的可控电驱动性能研究上取得新进展。该课题组助理研究员胡颖在陈韦研究员指导下,采用简单的溶液超声混合和蒸发成膜方法,制备了碳纳米管/壳聚糖复合物薄膜。其中,高导电的碳纳米管在不导电的壳聚糖基体中形成了均匀的导电网络结构。当在悬空平放、两端固定的长条状薄膜上施加低压交流信号时,可观察到薄膜发生上下振动,且复合物薄膜产生的电-振动位移(波形、频率)与所施加电信号的波形和频率保持一致。

该结果表明,通过控制所施加的电信号可实现复合材料的可控电驱动。其机理被证实为碳纳米管的电-热能量转换导致复合物的热膨胀和收缩。碳纳米管生物复合材料的可控电驱动性能的发现和深入研究,将为电驱动材料在人工肌肉、仿生微型机器人、微流道控制系统等领域的应用发展起到重要推动作用。

本研究成果已发表于美国化学学会期刊ACS Nano,同时美国纳米技术与纳米科学网Nanowerk在新闻聚焦栏目中以“Carbon nanotube/biopolymer composites show promise as artificial muscles”为题进行了报道和评价。

上述研究工作得到国家自然科学基金(10704051)、苏州市科技发展计划项目(ZXG0713)和国家重大科学研究计划(973项目)(2010CB934700)的资助。

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