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清华大学在柔性全无机驱动器件研究中取得进展
金陵 2017-03-04
导语

清华大学刘锴副教授与物理系魏洋副研究员合作,设计出一种基于二氧化钒和碳纳米管复合薄膜的柔性全无机驱动器件。该驱动器件由VO2在接近室温时的结构相变机制驱动,并且由于碳纳米管良好的柔性、导电性和吸光性,因此能够实现光、热、电等多种激励驱动。


图:驱动器是仿生机器的重要执行部件

驱动器是一种将外部激励转化为机械动力的装置,在仿生机器人、人工肌肉和微机电系统等领域有着广泛的应用。近些年来,随着智能可穿戴电子器件的兴起,具有响应速度快、能量消耗低、使用寿命长和柔性性能好等优异性能的驱动器件成为迫切需求。然而,目前大部分柔性驱动器件均由全有机或者有机/无机复合材料构成,由于有机材料自身模量低的特点,其组成的驱动器件通常响应速度慢、循环寿命低且激励方式单一,极大地限制了其应用范围。

为了解决目前柔性驱动器件存在的问题,清华大学材料学院刘锴副教授课题组与物理系魏洋副研究员合作,设计出一种基于二氧化钒(VO2)和碳纳米管复合薄膜的柔性全无机驱动器件。这种驱动器件由VO2在接近室温时的结构相变机制驱动,并且由于碳纳米管良好的柔性、导电性和吸光性,因此能够实现光、热、电等多种激励驱动。采用简单的激光切割工艺,可以设计出任意形状的柔性驱动器件,实现多样化的功能。相关研究工作发表在著名期刊Nano Letters上面。

研究发现这种柔性驱动器件的响应频率可以达到100Hz,同时经过持续100万次连续变形后,仍保持稳定的性能,因此能够应用在仿生昆虫翅膀和微型仿生手等方面。通过掺杂技术,还可以进一步降低VO2的相变温度,大大减小驱动器件的能耗,制备出可用人体温度驱动的电子开关。该项研究为柔性全无机驱动器在仿生、可穿戴器件等领域的应用提供了新的思路和途径。

文章链接:

He Ma, et al, "Flexible, All-Inorganic Actuators Based on Vanadium Dioxide and Carbon Nanotube Bimorphs," Nano Lett., 2017, 17 (1), pp 421–428, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04393

刘锴副教授简介:

清华大学材料科学与工程学院副教授,中组部“千人计划”青年人才,Email:liuk@tsinghua.edu.cn

个人主页:点击此处进入

研究方向:低维电子材料的物性和应用,微型探测/驱动器件和柔性电子器件。

刘锴副教授致力于纳米材料和氧化物薄膜材料的力学、电学性能表征和功能化应用,围绕碳纳米管、二氧化钒薄膜和二维层状材料做出了许多创新性的研究成果。基于碳纳米管透明导电薄膜的触摸屏面板、超强碳纳米管长线以及基于二氧化钒的驱动器等研究成果,被Nanotechweb.org、NBCNews、美国能源部科学办公室、美国自然科学基金委、美国材料学会等众多学术媒体和官方媒体予以亮点报道。

(本文来源:清华大学材料学院;)

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作者 金陵

本科生

北京大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科


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