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中級(jí)會(huì)員 | 第2年

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寧波材料所:研發(fā)碳基Janus薄膜用于柔性傳感器、軟致動(dòng)器等

時(shí)間:2025/3/7閱讀:94
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【寧波材料所:研發(fā)碳基Janus薄膜用于柔性傳感器、軟致動(dòng)器等】

Janus薄膜因其不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)和的物理和/或化學(xué)財(cái)產(chǎn)而受到廣泛關(guān)注,在機(jī)械傳感、軟驅(qū)動(dòng)、能量管理、高級(jí)分離、能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)等方面顯示出廣闊的發(fā)展?jié)摿ΑF渲校谔技{米材料的特性,廣泛致力于開(kāi)發(fā)碳基Janus薄膜,用于高性能電子皮膚、軟致動(dòng)器及其集成,用于智能機(jī)器人。從自然中汲取靈感,生物皮膚可以主動(dòng)感知外部物理/化學(xué)刺激,并進(jìn)一步執(zhí)行特定的運(yùn)動(dòng)行為。然而,指導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則、多種功能的替代組合以及的協(xié)同應(yīng)用仍然存在挑戰(zhàn)。


具體來(lái)說(shuō),它們的內(nèi)在屬性和相關(guān)設(shè)備性能在很大程度上取決于功能部件的耦合、表面潤(rùn)濕性和界面結(jié)構(gòu)的可控性。碳納米材料和功能性聚合物以可控方式的不對(duì)稱組合可以促進(jìn)高性能傳感、驅(qū)動(dòng)和集成器件的設(shè)計(jì),從而實(shí)現(xiàn)智能軟機(jī)器人的發(fā)展。因此,我們非常希望對(duì)碳基Janus功能薄膜的傳感、驅(qū)動(dòng)和集成這一研究領(lǐng)域進(jìn)行總結(jié),并深入了解界面結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系,以指導(dǎo)未來(lái)的發(fā)展。

寧波材料技術(shù)與工程研究所肖鵬副研究員、陳濤 研究員團(tuán)隊(duì)在《Acc. Mater. Res.》期刊發(fā)表名為“Carbon-Based Janus Films toward Flexible Sensors, Soft Actuators, and Beyond"的論文,研究總結(jié)了小組在碳基Janus薄膜方面的重要進(jìn)展,并討論相關(guān)的重要報(bào)告工作。


首先介紹了常用的碳納米材料的基本特性,然后討論了高性能碳基Janus薄膜的一般制備策略,包括固體支持的物理/化學(xué)方法和基于液體支持的界面策略。其中,我們仔細(xì)介紹了兩種功能成分的典型組合,以獲得和協(xié)同的特性。基于組合的可設(shè)計(jì)功能,將詳細(xì)討論針對(duì)傳感器、致動(dòng)器、自感應(yīng)致動(dòng)器等的生物啟發(fā)人工皮膚。最后,將提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)接口和綜合功能方面的挑戰(zhàn)和前景。期望該研究能讓人們更好地了解碳基Janus功能膜的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和挑戰(zhàn),以及它們?cè)谥悄軝C(jī)器人發(fā)展中的巨大潛力。


生物啟發(fā)的碳基Janus薄膜在柔性傳感器、軟執(zhí)行器及其集成裝置等前沿領(lǐng)域的進(jìn)展。在這個(gè)報(bào)告中,首先討論了各種碳納米材料的一般特性,然后介紹了通過(guò)固體支持的物理和化學(xué)方法制備碳基Janus薄膜的典型策略,并進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了新開(kāi)發(fā)的基于液體支持的大面積、超薄和均勻薄膜的界面工程技術(shù)。同時(shí),還詳細(xì)討論了Janus薄膜的制備過(guò)程和內(nèi)在特性之間的關(guān)系。然后,還展示了仿生電子表皮、軟驅(qū)動(dòng)和自感應(yīng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用。具體來(lái)說(shuō),我們主要關(guān)注基于空氣/水界面策略的Janus薄膜在高性能表皮電子、非接觸傳感、光控執(zhí)行器和自感仿生魚鰾方面的應(yīng)用。


盡管已經(jīng)付出了巨大的努力,但仍然存在一些挑戰(zhàn)。首先,對(duì)于碳納米材料的生物毒性,仍然沒(méi)有確切的答案。為了減少毒性的風(fēng)險(xiǎn),用生物相容性的材料進(jìn)行復(fù)合和封裝設(shè)備預(yù)計(jì)將成為替代戰(zhàn)略。通常情況下,需要一個(gè)強(qiáng)大的兩相結(jié)構(gòu)界面,以確保穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)行為和高度可靠和準(zhǔn)確的感應(yīng)反饋信號(hào)。替代方法包括構(gòu)建有效的互鎖界面,形成共價(jià)相互作用,以及物理和化學(xué)策略的結(jié)合。


此外,當(dāng)暴露在惡劣的環(huán)境中時(shí),碳基Janus薄膜應(yīng)被積極賦予特定的功能,如自我修復(fù)、耐磨、耐高溫和抗霜凍。同時(shí),賦予碳基Janus薄膜以多功能,對(duì)于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的智能軟體機(jī)器人系統(tǒng)具有重要意義。此外,一些合理的工程策略是非常可取的,以確保有效的功能協(xié)同,以及在多變的環(huán)境下以無(wú)錯(cuò)誤的方式執(zhí)行動(dòng)作的能力。同時(shí),在Janus薄膜上追求高性能設(shè)備(如高精度、位置識(shí)別傳感器和可編程多級(jí)執(zhí)行器)的良好控制模式,是非常可取的。最后,結(jié)合的原位印刷和卷對(duì)卷技術(shù)深入開(kāi)發(fā)界面策略,有望成為實(shí)現(xiàn)新的傳感和/或致動(dòng)功能以及相關(guān)的軟機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)有前途的途徑。

來(lái)源:傳感器專家網(wǎng)

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