2019-04-12 18:30:02
新的智能材料在压力下工作得更好

随着结合了柔韧性和高导电性的橡胶的发展,可以很快实现先进的机器人敏感触摸或具有复杂感测功能的下一代可穿戴设备。

由卧龙岗大学(UOW)工程与信息科学学院的研究人员开发的新型智能复合材料显示了以前未曾观察到的特性:电导率随着变形而增加,特别是在拉长时。

弹性材料,例如橡胶,在机器人和可穿戴技术中受到追捧,因为它们具有固有的柔韧性,并且可以容易地修改以适应特定需要。

为了使它们导电,加入导电填料如铁颗粒以形成复合材料。

研究人员面临的挑战是找到一种材料组合来生产复合材料,以克服柔韧性和导电性的竞争功能。通常,当复合材料被拉伸时,其导电能力随着导电填料颗粒的分离而降低。

然而,对于新兴的机器人和可穿戴设备领域,能够在保持导电性的同时弯曲,压缩,拉伸或扭曲是至关重要的要求。

在李卫华高级教授和副校长博士后研究员唐诗阳博士的带领下,UOW研究人员开发了一种材料,抛出了机械应变与导电性之间关系的规则。

使用液态金属和金属微粒作为导电填料,他们发现了一种增加导电性的复合材料,对其施加的压力越大 - 这一发现不仅为应用开辟了新的可能性,而且还以一种意想不到的方式出现。

唐博士说,第一步是液态金属,铁微粒和弹性体的混合物,这种混合物在偶然的事故中已经在烤箱中固化了比平时更长的时间。

过度固化的材料在经受磁场时具有降低的电阻,但是需要数十个样品才能发现这种现象的原因是延长的固化时间比通常需要的时间长几个小时。

“当我们在测量其阻力时意外拉伸样品时,我们惊奇地发现阻力急剧下降,”唐医生说。

“我们的全面测试表明,这种新复合材料在拉伸或压缩时的电阻率可能下降7个数量级,即使是少量。

“材料变形或施加磁场时导电率的增加是我们认为前所未有的特性。”

结果最近发表在Nature Communications杂志上。

主要作者和博士学生Guolin Yun表示,研究人员展示了几个有趣的应用,例如利用复合材料的优异导热性来构建便携式加热器,以加热施加压力的地方。

“热量增加到施加压力的区域,并且当它被移除时减少。这个特征可以用于柔性或可穿戴的加热装置,例如加热的鞋垫,”他说。

该研究小组一直在研究能够根据机械压力改变其物理状态(如形状或硬度)的材料。通过增加导电性,材料通过将机械力转换为电子信号而变得“智能”。

李教授表示,这一发现不仅克服了寻找柔性高导电复合材料的关键挑战,其前所未有的电气特性也可以带来创新应用,如可伸缩传感器或可识别人体运动的柔性可穿戴设备。

“当在柔性电子器件中使用常规导电复合材料时,拉伸时导电性的降低是不希望的,因为它会显着影响这些器件的性能并损害电池寿命。

“从这个意义上讲,我们必须开发出一种具有以前从未观察到的特性的复合材料:一种能够保持其导电性或增加导电性的材料,因为它是细长的。

“我们知道许多科学进步来自不寻常的想法。对非传统领域的探索和鼓励创新的实验室文化更有可能带来意想不到的发现。”

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