新型铁电材料可变身机器人“肌肉”

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PVDF/TiO2的结构分析和相场模拟。图片来源：《自然·材料》杂志

美国科学家领导的一个国际研究小组表示，他们研制出的一种新型铁电聚合物，能高效地将电能转化为机械应变，有望成为一种高性能的运动控制器（致动器），在医疗设备、先进机器人和精密定位系统中大显身手，例如作为机器人的“肌肉”等。相关研究论文发表于最近的《自然·材料》杂志。

铁电材料是一类在施加外部电荷时表现出自发电极化的材料。由于在相变期间，这些材料的机械应变可以引起其形状等特征的改变，因此这种材料可被用作致动器。致动器指在外力（如电能）作用下能变形的材料。

通常情况下，这些致动器具有很高的硬度，然而铁电聚合物等软致动器则具备更高的柔韧性和环境适应能力。聚合物是一类由许多相似单元结合在一起形成的材料，DNA和尼龙都是聚合物，铁电聚合物的机械应变比陶瓷等其他铁电材料高得多。软机器人和柔性电子产品等领域更有前景，因为铁电聚合物更加柔韧、成本更低、质量更轻。

研究团队指出，目前软材料致动领域面临两大挑战：提高软材料的受力以及降低驱动场。因此他们研发了一种在聚合物表面附着的微纳级铁电聚合物纳米复合材料PVDF/TiO2。通过将纳米颗粒掺入聚合物聚偏二氟乙烯内，研究人员在聚合物内创造了一个相互连接的极网络，使铁电聚合物的相变能在比通常所需低得多（10%）的电场下被诱导，因此可用于医疗设备、光学设备和软机器人等需要低驱动场的领域。

研究人员指出，最新研究让人们为软机器人开发“人工肌肉”成为可能，这种新材料更接近人类肌肉，除能承受大的应变外，还能承受高负荷。

图片来源于网络

文章来源：科技日报

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