具有纳米绝缘的框架结构使软机器人和柔性电子产品的组件成为可能-天天热点评

经典机器人，例如用于制造的机器人，可以提升重物并精确地重复自动化过程。但它们过于僵化和笨重，无法进行精细的工作和与人类的互动。软机器人的研究领域致力于开发由软有机材料和柔性技术部件制成的机器人。基尔大学的材料研究人员现在已经开发出一种新型的软导电材料。

(资料图)

与传统的软导体不同，即使在变形时，它也表现出非常稳定的电气性能。其原因是材料的特殊结构和纳米级绝缘薄膜涂层。研究小组在最新一期的《先进功能材料》杂志上发表了研究结果。

即使在变形过程中也能保持恒定的电阻

与传统机器人不同，人类和动物可以执行流畅而精细的运动，并使其适应环境。因此，受大自然的启发，软机器人依赖于由碳制成的弹性有机材料，而不是传统的刚性金属。此外，软机器人需要弹性电导体来连接传感器和执行器之间的通信。

“当然，由金属制成的传统导体导电性很好，但它们对于柔性组件来说太硬了。变形后，它们会改变电阻，这会影响它们在软机器人中的使用，“基尔大学功能纳米材料多尺度材料工程初级研究小组负责人Fabian Schütt博士说。

相比之下，Schütt与基尔大学材料科学研究所的同事一起开发的材料的电阻在变形时保持不变。“在长期循环过程中，即使在2000次循环后，在50%的压缩下，初始电气和机械性能也得以保留，”多组分材料的博士研究员，该文章的第一作者Igor Barg说。

通过结合基尔大学优先研究领域KiNSIS(基尔纳米，表面和界面科学)的不同专业知识，他们创造了一种由细线制成的材料，看起来像一块深色海绵。导线由导电聚合物制成的互连微管组成。这种精致的网络结构使材料超轻，同时具有极高的弹性。

纳米绝缘膜保护材料的电性能

“可拉伸的海绵状导体已经研究了好几年。但是一旦它们变形，它们的电阻也会由于所谓的压阻效应而发生变化，“Barg解释说。为了避免这种影响，该团队用非导电的纳米级聚四氟乙烯(PTFE)薄膜涂覆了他们的材料。

“你可以把它想象成一根经典的电源线，”Barg说。该层可防止电线在压缩过程中直接接触并产生新的导电路径。因此，即使在大变形时，阻力也保持不变。绝缘层还提高了电线的机械稳定性，并保护其电气性能免受湿气等外部影响。

为了涂覆这种高度多孔的框架结构，需要一种特殊的技术。Stefan Schröder博士是多组分材料的初级研究小组功能CVD聚合物的负责人，并使用引发化学气相沉积(iCVD)工作。

通过这种方式，甚至可以保形地涂覆具有复杂结构和表面的材料：在反应器中将不同的气体聚集在一起会引起化学反应，并且要涂覆的材料上开始生长一层薄的聚合物膜。“由于这种涂层只有几纳米薄，电线保持弹性，材料的总重量几乎不会增加，”Schröder解释说。

医疗技术中的应用也是可以想象的

“这个例子很好地展示了我们如何使用纳米级涂层来专门改变我们的框架结构的特性，这些结构的尺寸可达几立方厘米，甚至创造全新的功能，”Schütt说。

“通过结合我们的方法，未来可能实现其他应用，包括商业应用，例如医疗技术或储能，”Schröder补充道。他们现在希望在进一步的联合研究项目中研究这些可能性。

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