13年2023月XNUMX日(Nanowerk聚光灯)软机器人和生物医学设备是先锋领域,旨在创造模仿人体组织柔软、灵活特性的机械和工具。这一点至关重要,因为它允许这些设备与人类安全地交互,并执行硬机器人可能认为具有挑战性的任务。想象一个可以轻轻抓取精致物体的机器人,或者一个与人体组织无缝集成的医疗设备。
水凝胶 由于它们具有响应各种刺激而改变形状的独特能力,因此处于实现这一目标的最前沿。这些材料是水溶胀的聚合物网络,可以响应温度等刺激而可逆地改变体积。这使得它们有望成为软执行器——能够变形并施加力的高弹性设备,从而实现对生物医学设备和安全的人机交互至关重要的逼真运动。
然而,在优化实际应用的性能方面存在障碍。大多数水凝胶都是多孔弹性的,这意味着它们的聚合物网络可以抵抗快速变形并限制内部水流。这会导致驱动响应缓慢,大约需要几分钟到几小时。
当加热到其较低临界溶液温度以上时,聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)水凝胶也会形成致密的外皮层,这进一步显着减慢了水从本体凝胶中的扩散。综合起来,这些效应严重限制了水凝胶致动器的可实现速度、力的产生和耐用性。
现在,基尔大学的研究人员和合作者报告说 先进材料 (“通过用于软执行器的微管石墨烯网络克服水凝胶中的水扩散限制”)一种仿生微型和纳米工程解决方案,可增强水凝胶执行器的性能。
通过将中空石墨烯微管互连网络融入 PNIPAM 水凝胶中,与纯 PNIPAM 相比,该团队实现了高达 400% 的驱动速度快 4000% 和高 5.4% 的驱动应力,且不牺牲机械稳定性。微管为水输送提供了快速通道,克服了孔隙弹性限制。石墨烯似乎还可以防止消溶胀期间孔完全闭合,从而实现更快的再溶胀。孔隙率仅为 XNUMX%,强度得以保留。
微米和纳米工程热响应聚(N-异丙基丙烯酰胺)-剥离石墨烯(PNIPAM-EG)水凝胶。 a) 互连的中空石墨烯微管网络和 PNIPAM 水凝胶基质的组合。 b)PNIPAM-EG水凝胶的制备方案。 c) 从 PNIPAM 结构的微计算机断层扫描获得的微管网络的 3D 渲染。连接的组件以相同的颜色显示。比例尺:200 µm。 d)PNIPAM-EG水凝胶中的石墨烯含量是可调的,并且可以作为一种模式应用于特定区域。 (经 Wiley-VCH Verlag 许可转载)
该团队通过湿化学工艺在 3D 打印的氧化锌模板上涂上石墨烯来制造微管。随后的模板去除和 PNIPAM 填充产生了充满微管的厘米级水凝胶致动器。除了在几何上增强水传输之外,石墨烯界面还可以在 PNIPAM 表皮层上穿孔,以便更容易水移动。
石墨烯 具有导电性,可用光加热。这使得研究人员可以使用光或电来精确控制驱动。不同的石墨烯含量可以很好地控制响应时间。演示的应用包括由照明触发的双层抓手,以抓取和释放物体。焦耳加热迅速引起均匀的体积变化,从而能够重复驱动带电水凝胶夹具。
总之,石墨烯微管使水凝胶变得更强,并使水更容易穿过它们。模块化微工程方法可能会扩展到其他纳米材料和响应性聚合物系统。所展示的性能改进解决了限制现实世界水凝胶执行器应用的关键限制。通过简化不受束缚的控制并增强强度、速度和耐用性,这一进步为生物医学设备、软机器人、传感器等领域带来了机遇。
By
Michael (中国)
伯杰
By
Michael (中国)
伯杰
– Michael 是皇家化学学会三本书的作者:
纳米社会:突破技术边界,
纳米技术:微小的未来及
纳米工程:看不见的技能和工具
Copyright ©
纳沃克有限责任公司
成为Spotlight的来宾作者! 加入我们庞大且成长中的 来宾贡献者。 您是否刚刚发表了科学论文或其他令人振奋的进展以与纳米技术社区分享? 这是在nanowerk.com上发布的方法.
- :是
- $UP
- 10
- 13
- 200
- 31
- 32
- 3d
- 3D渲染
- 7
- 8
- a
- 对,能力--
- 以上
- 实现
- 地址
- 可调整的
- 推进
- 瞄准
- 允许
- 允许
- 还
- an
- 和
- 出现
- 应用领域
- 应用的
- 的途径
- 保健
- AS
- At
- 作者
- b
- 酒吧
- BE
- 因为
- 很
- 伯杰
- 除了
- 超越
- 生物医学
- 生物医学设备
- 空白
- 书籍
- 边界
- by
- CAN
- 原因
- Center
- 挑战
- 更改
- 化学
- 化学
- 关闭
- 颜色
- 组合
- 结合
- 社体的一部分
- 相比
- 完成
- 组件
- 已联繫
- 约束
- 内容
- 控制
- 可以
- 创建信息图
- 危急
- 关键
- 日期
- 证明
- 密
- 发展
- 设备
- 设备
- 扩散
- 显示
- 显着
- 两
- 耐久力
- ,我们将参加
- 更容易
- 容易
- 宽松
- 影响
- 或
- 电力
- 使
- 提高
- 加强
- 令人兴奋的
- 快
- 字段
- 填充
- 找到最适合您的地方
- 结束
- 柔软
- 流
- 针对
- 力
- 第一线
- 申请
- 止
- 进一步
- 未来
- 代
- GIF
- 石墨烯
- 把握
- 团队
- 成长
- 客人
- 硬
- 有
- 更高
- 高度
- HOURS
- 创新中心
- How To
- 但是
- HTTPS
- 人
- 人类
- 跨栏
- 图片
- 想像
- 重要
- 改善
- in
- 包括
- 结合
- 集成
- 相互作用
- 互动
- 互联
- 接口
- 内部
- 成
- IT
- 加入
- JPG
- 只是
- 键
- 大
- 层
- 让
- 光
- 喜欢
- 容易
- 极限
- 限制
- 商标
- 降低
- 机械
- 制成
- 制作
- 制作
- 物料
- 可能..
- 意
- 机械
- 医生
- 医疗装置
- Michael (中国)
- 中间
- 可能
- 分钟
- 模块化
- 更多
- 最先进的
- 运动
- 移动
- 运动
- 姓名
- 纳米材料
- 纳米技术
- 自然
- 网络
- 网络
- 现在
- 对象
- 获得
- of
- on
- 仅由
- 机会
- 追求项目的积极优化
- or
- 秩序
- 其他名称
- 我们的
- 输出
- 超过
- 克服
- 纸类
- 途径
- 模式
- 演出
- 性能
- 允许
- 弥漫
- PHP
- 创举
- 柏拉图
- 柏拉图数据智能
- 柏拉图数据
- 聚合物
- 可能
- 恰恰
- 防止
- 过程
- 有希望
- 提供
- 提供
- 发布
- 出版
- 发行人
- 推动
- 快
- 急速
- 真实的世界
- 地区
- 释放
- 切除
- 翻译
- 重复的
- 报告
- 研究人员
- 响应
- 回复
- 响应
- 限制
- 受限
- 保留
- 机器人
- 机器人
- 机器人
- 皇族
- 牺牲
- 安全
- 安然
- 同
- 鳞片
- 方案
- .
- 无缝
- 传感器
- 严重
- 形状
- Share
- 技能
- 皮肤
- 放慢
- 减慢
- 社会
- 软
- 方案,
- 具体的
- 速度
- 聚焦
- 稳定性
- 实力
- 应力
- 强
- 随后
- 概要
- 产品
- 任务
- 团队
- 专业技术
- 模板
- 模板
- 这
- 未来
- 其
- 他们
- 那里。
- 博曼
- Free Introduction
- 三
- 通过
- 时
- 组织
- 至
- 断层摄影术
- 工具
- 运输
- 引发
- 独特
- 大学
- 解锁
- 最新动态
- 网址
- 运用
- 各个
- 变化
- 通过
- 体积
- 水
- ,尤其是
- 这
- 也完全不需要
- 产生
- 您
- 您一站式解决方案
- 和风网