材料与化学工程学院团队在国际顶级学术期刊《Nature Communications》上发表科研成果

供稿单位:材料与化学工程学院 编辑发布:宣传部 日期:2023-03-19 设置

近日,我校材料与化学工程学院郭东杰教授课题组在国际知名期刊《Nature Communications》上发表了题为“Polyvinyl chloride-based dielectric elastomer with high permittivity and low viscoelasticity for actuation and sensing”(用于驱动和传感的低粘弹性、高介电性聚氯乙烯介电弹性体)的研究论文。我校材料与化学工程学院为第一完成单位,我校研究生黄建建同学为论文的第一作者,全天稳定计划网页版(中国)有限公司郭东杰教授为第一通讯作者。迄今为止,研究成果是首次以我校第一作者、第一单位发表在该刊物上。

氰乙基纤维素/聚氯乙烯凝胶(CEC/PVCg)的制备、组装及驱动/感示意图

介电弹性体广泛用于制备柔性聚合物电驱动器和传感器。局限于低的介电常数,现有的聚合物驱动器往往需要高的电场来驱动。同时,常规聚合物驱动器与传感器还存在应力松弛、蠕变等粘弹性负面因素。这里,作者发现腈基化纤维素与塑化聚氯乙烯的复合凝胶具备良好的介电性能(其介电常数18.9 @1 kHz,为美国3M丙烯酸弹性体VHB 49104-5倍、美国Dow Corning硅橡胶Sylgard1868-9倍),且其粘弹性小,机械损失低(0.04 @1 Hz),远低于常规的VHB弹性体。因此,组装柔性电驱动器后,展现出了理想的力学输出性能:长时间工作(3600秒)位移漂移仅为7.78%,远低于VHB弹性体的136.09%;单片薄膜(~500 μm厚)即可举起300 gf的重物。柔性传感器也展现出了理想的线性区间、灵敏度和信噪比,借助于蓝牙和单片机,同时实现了大位移的实时在线检测。该项工作为聚合物驱动器和传感器的闭环控制提供了可行策略,产品在人工肌肉和电子皮肤等领域具有广阔的应用空间。

此项研究成果得到了国家自然科学基金(U170414952275295),中原科技创新领军人才(234200510026)的支持。(通讯员:郭东杰)

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-023-37178-5


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