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AFM：3D打印交叉型介

發(fā)布時(shí)間：2022-08-07 10:11:35瀏覽：7058點(diǎn)贊：

智能軟致動(dòng)器通常依靠相變材料

、流體驅(qū)動(dòng)或靜電吸引等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)特定的運(yùn)動(dòng)從而具有模仿生物系統(tǒng)的能力并兼具較高的效率

。其中的介電彈性體致動(dòng)器（DEAs）通過(guò)在兩個(gè)電極之間的絕緣彈性體上施加電壓所產(chǎn)生的靜電力作為驅(qū)動(dòng)力

。由于相反電荷的吸引力減小了電場(chǎng)方向上的彈性體厚度

，從而導(dǎo)致正交方向上的膨脹伸展

。這種外部電場(chǎng)可以通過(guò)撤去施加在電極上的電壓而快速施加和移除，因此DEAs表現(xiàn)出快速的驅(qū)動(dòng)速率和較大的能量密度

，使其在軟機(jī)器人

、智能醫(yī)療器械等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用場(chǎng)景。

目前大多數(shù)DEAs是通過(guò)例如旋涂

、順序機(jī)械組裝等平面方法制造

，因此驅(qū)動(dòng)時(shí)變形在平面內(nèi)擴(kuò)展，通過(guò)進(jìn)一步加工這些平面結(jié)構(gòu)可以轉(zhuǎn)變制造微彎曲致動(dòng)器

、滾動(dòng)致動(dòng)器等等

。但是，這些裝置經(jīng)常表現(xiàn)出受損循環(huán)和擊穿現(xiàn)象并且可實(shí)現(xiàn)形狀受限

。相比之下

，基于擠出式的墨水直寫（DIW）3D打印方法能夠以幾乎任意的幾何形狀快速設(shè)計(jì)和制造軟材料而被用來(lái)打印DEAs。

圖1 打印并封裝交叉型DEAs致動(dòng)器策略

圖2 以納米炭黑作為填料的聚乙二醇聚醚砜低聚物電極材料性質(zhì)及循環(huán)拉伸下的模量

、電導(dǎo)率

對(duì)于介電材料的設(shè)計(jì)

，研究人員采用聚氨酯二丙烯酸酯(PUA)低聚物作為基體，其中含有低分子量雙官能交聯(lián)劑丁二醇二丙烯酸酯(BDDA)和增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯(DOP圖3a)

，并將打印完成的電極材料封裝于介電基質(zhì)中

。DOP不僅降低了電介質(zhì)基質(zhì)的未固化粘度使其利于其填充在印刷電極之間

，而且降低了固化電介質(zhì)基質(zhì)的機(jī)械損耗角正切(tan δ)(圖3b)間接影響致動(dòng)器的頻率響應(yīng)。另外

，DOP還可以在電擊穿后修復(fù)電介質(zhì)基質(zhì)而具有容錯(cuò)性

。擊穿事件發(fā)生后，DOP會(huì)從周圍區(qū)域擴(kuò)散

，使器件恢復(fù)正常工作狀態(tài)(圖3c)

。

圖3 介電彈性體基質(zhì)的改性設(shè)計(jì)

圖4 DIW直寫打印3D垂直交叉電極的DEAs及其驅(qū)動(dòng)性能

圖5 多噴嘴打印互穿電極DEAs及旋轉(zhuǎn)致動(dòng)器打印

表一DEAs可擴(kuò)展制造方法的比較