Artificial Muscle Erstellt von Controlled zerknitterte von Graphen

Duke University Ingenieure Schichtung Atom - dicken Gitter aus Kohlenstoff mit Polymeren , einzigartige Materialien mit einer breiten Palette von Anwendungen, einschließlich künstliche Muskeln zu erstellen.

Das Gitter , wie Graphen bekannt ist, wird aus reinem Kohlenstoff und erscheint unter Vergrößerung wie Maschendraht . Aufgrund seiner einzigartigen optischen , elektrischen und mechanischen Eigenschaften , ist Graphen in der Elektronik , Energiespeicherung, Verbundwerkstoffen und der Biomedizin eingesetzt.

Allerdings ist Graphen extrem schwierig zu handhaben , dass sie leicht " zerknüllt . " Leider haben die Wissenschaftler nicht in der Lage , um das Knittern zu kontrollieren und Entfaltung der großflächigen Graphen , um die Vorteile seiner Eigenschaften zu nehmen.

Duke Ingenieur Xuanhe Zhao , Assistant Professor in Herzogs Pratt School of Engineering , vergleicht die Herausforderung der Steuerung Graphen auf die Differenz zwischen Entfaltung Papier und Feuchttuch .

" Wenn Sie normales Papier zerknittert , können Sie ziemlich leicht glätten Sie es ", sagte Zhao . " , Ist mehr wie nasse Seidenpapier jedoch Graphen. Es ist extrem dünn und klebrig und schwer zu entfalten , wenn zerknüllte . Wir haben ein Verfahren , um dieses Problem zu lösen und die Kontrolle der Knittern und Entfaltung der großflächige Graphenfilmeentwickelt. "

Die Duke -Ingenieure in der Anlage die Graphen auf eine Kautschukfolie, die um ein Vielfaches seiner ursprünglichen Größe vorgestreckt hatte . Sobald der Gummifilm war entspannt , Teile des Graphen losgelöst von der Gummi während andere Teile gehalten , um es zu haften , bilden ein angereitMuster mit einer Strukturgröße von wenigen Nanometern . Da die Gummi gelockert wurde das freistehende Graphen komprimiert zu zerknittern . Aber wie die Gummifolie wurde wieder gestreckt , die anhaftenden Flecken von Graphen gezogen auf den zerknitterten Bereichen , um das Blatt zu entfalten.

" Auf diese Weise kann der Knittern und Entfaltung von großflächigen , können Atom dicke Graphen durch einfaches Dehnen und Entspannen ein Kautschukfilm , auch von Hand gesteuert werden kann ", sagte Zhao .

Die Ergebnisse wurden online veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Materials .

"Unser Ansatz ist Alleen zu beispiellosen Eigenschaften und Funktionen von Graphen ausnutzen eröffnet ", sagte Jianfeng Zang , ein Postdoctoral Fellow in Zhaos Gruppe und der erste Autor des Papiers . "Zum Beispiel können wir Abstimmung des Graphen von transparent bis opak durch zerknüllte es und stimmen Sie es zurück durch Entfalten es . "

Darüber hinaus überlagert die Duke -Ingenieure den Graphen mit unterschiedlichen Polymerfolien , um eine "weiche" Material, das wie Muskelgewebe durch Kontraktion und Ausbau bei Bedarf handeln zu machen. Wenn der Strom zu dem Graphen aufgetragen , dehnt sich der künstliche Muskel in der Fläche ; wenn der Strom abgeschaltet wird, entspannt sie . Variieren der Spannung steuert den Grad der Kontraktion und Entspannung .

" Die zerknitterte und Entfaltung von Graphen ermöglicht große Verformung des künstlichen Muskel ", sagt Zang .

" New künstliche Muskeln ermöglichen es diverse Technologien , die von der Robotik und der Arzneimittelabgabe an Energie Ernte und Lagerung ", sagte Zhao . " Insbesondere versprechen sie , um die Lebensqualität von Millionen von Menschen mit Behinderungen erheblich verbessern , indem die Bereitstellung von erschwinglichen Geräten wie leichte Prothesen und ganzseitige Braillezeilen . "