從綠色新能源塑料到“人造肌肉”的傳奇

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2015-04-14 11:25:33點擊率：

塑膠五金網(wǎng)：近有這么一則新聞。

美國丹佛，一種用于過濾器和管道的塑料表現(xiàn)出一個不尋常的特征：當(dāng)拉或壓它時可以產(chǎn)生電流。這種能力已經(jīng)有了小規(guī)模應(yīng)用，目前研究人員正在制取這種材料的纖維來獲得更大的電流，從而能獲得從綠色能源到“人造肌肉”的更大范圍的應(yīng)用。他們將在“美國化學(xué)學(xué)會( ACS )第249屆全美會議暨博覽會”上以一種新穎的形式匯報這種塑料材料取得的進展。

將碳納米管(如上圖所示)和“巴基球”集群(暗點)結(jié)合成一個一個新的材料，以期提高其發(fā)電性能

“在過去的幾年里，我們已經(jīng)做了很多關(guān)于聚偏氟乙烯(PVDF)的工作。”得克薩斯大學(xué)達拉斯分校(UTD)的Voit博士提到。 “如果我們在一定的條件下生產(chǎn)PVDF的話，我們可以把它做成壓電體，這意味著如果拉伸它，它會產(chǎn)生電流?；蛘甙央妷杭拥讲牧媳砻妫梢愿淖兤湫螤?。”

PVDF等其他具有相似特征的材料已經(jīng)邁入現(xiàn)代技術(shù)行列，比如：觸摸屏中的壓力傳感器和電子器件中的傾斜傳感器。但是如果它們的壓電性能得到了顯著提升，它們的潛力可以遠遠超出代的應(yīng)用。

通過與弗吉尼亞理工學(xué)院暨州立大學(xué)的Priya博士合作， Voit已經(jīng)在這一目標上取得新的進展。他們帶隊努力研究了“軟”聚合物基。能量收集材料是“能源材料和系統(tǒng)收集中心”的一部分，同時也是一個以能量采集和運動控制技術(shù)的發(fā)展為中心的美國國家科學(xué)基金會的項目。

Voit實驗室的博士生Cary Baur，想出了一個辦法把有機納米結(jié)構(gòu)(即“巴基球”)和單壁碳納米管摻雜到PVDF纖維中來提高其壓電性能，其中“巴基球”是碳原子做出來的的微小球體?？茖W(xué)家正在以各種方式利用這種有趣的近親特性。

在Voit對這種材料研究的實驗中，碳納米結(jié)構(gòu)甚至可以增加電場的整體強度。因此，Voit提到，該PVDF雜交碳是科學(xué)文獻中目前的壓電復(fù)合材料。

把這些紗狀結(jié)構(gòu)做成人造肌肉，即如果通過電流或改變溫度，這些材料就有拉伸和壓縮形變，那么還需要對它們進行改良。Voit的同事提出實現(xiàn)這個目標的一種方法。Ray Baughman博士用約10根人發(fā)寬度的尼龍纖維束纏繞成一個長的，緊密的線圈，就像一個老式的電話線，但在規(guī)模上要小得多。該結(jié)構(gòu)可以在加熱時有近 50 %的收縮，并且可以承受約16磅的重物。

“其效果類似于拉橡皮筋， ” Voit說。“橡皮筋盤繞時，你拉伸時可以得到更多應(yīng)變。”

Voit 希望用他的PVDF碳纖維產(chǎn)生相同的效應(yīng)，這是比尼龍好得多的壓電材料，并且對電流能產(chǎn)生同樣的效果。他說：“我們必須把它盤繞起來，在它形狀復(fù)雜時保證有正確的壓電特性。實現(xiàn)這個目標才是我們真正的秘密武器。終，它可以用來建立合成肌肉，可以使假肢更加逼真。”

Voit提到，他所研究的材料的另一個吸引商業(yè)利益的潛在用途是收集能量。波音公司為他的研究提供了一些資助，他們對飛機上乘客產(chǎn)生能量的用途感興趣。因為他們坐下、站起來、調(diào)整自己的座位可以用來給飛機里的一些設(shè)備供電，例如房間里的頭頂燈。Voit說，這將使航空公司減少一些電纜，可顯著減輕飛機的重量并節(jié)省燃料。

“現(xiàn)在我們正在想盡辦法在更大的程度上進行加工，來制造出大容量能量收集設(shè)備和實用的人造肌肉”， Voit說。

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