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寧波材料所:研發碳基Janus薄膜用于柔性傳感器、軟致動器等

更新時間:2025-03-07   點擊次數:123次

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【寧波材料所:研發碳基Janus薄膜用于柔性傳感器、軟致動器等】

Janus薄膜因其不對稱的結構和的物理和/或化學財產而受到廣泛關注,在機械傳感、軟驅動、能量管理、高級分離、能量轉換和存儲等方面顯示出廣闊的發展潛力。其中,基于碳納米材料的特性,廣泛致力于開發碳基Janus薄膜,用于高性能電子皮膚、軟致動器及其集成,用于智能機器人。從自然中汲取靈感,生物皮膚可以主動感知外部物理/化學刺激,并進一步執行特定的運動行為。然而,指導結構設計原則、多種功能的替代組合以及的協同應用仍然存在挑戰。


具體來說,它們的內在屬性和相關設備性能在很大程度上取決于功能部件的耦合、表面潤濕性和界面結構的可控性。碳納米材料和功能性聚合物以可控方式的不對稱組合可以促進高性能傳感、驅動和集成器件的設計,從而實現智能軟機器人的發展。因此,我們非常希望對碳基Janus功能薄膜的傳感、驅動和集成這一研究領域進行總結,并深入了解界面結構與性能之間的關系,以指導未來的發展。

寧波材料技術與工程研究所肖鵬副研究員、陳濤 研究員團隊在《Acc. Mater. Res.》期刊發表名為“Carbon-Based Janus Films toward Flexible Sensors, Soft Actuators, and Beyond"的論文,研究總結了小組在碳基Janus薄膜方面的重要進展,并討論相關的重要報告工作。


首先介紹了常用的碳納米材料的基本特性,然后討論了高性能碳基Janus薄膜的一般制備策略,包括固體支持的物理/化學方法和基于液體支持的界面策略。其中,我們仔細介紹了兩種功能成分的典型組合,以獲得和協同的特性?;诮M合的可設計功能,將詳細討論針對傳感器、致動器、自感應致動器等的生物啟發人工皮膚。最后,將提出結構設計、結構接口和綜合功能方面的挑戰和前景。期望該研究能讓人們更好地了解碳基Janus功能膜的設計、制造、應用和挑戰,以及它們在智能機器人發展中的巨大潛力。


生物啟發的碳基Janus薄膜在柔性傳感器、軟執行器及其集成裝置等前沿領域的進展。在這個報告中,首先討論了各種碳納米材料的一般特性,然后介紹了通過固體支持的物理和化學方法制備碳基Janus薄膜的典型策略,并進一步強調了新開發的基于液體支持的大面積、超薄和均勻薄膜的界面工程技術。同時,還詳細討論了Janus薄膜的制備過程和內在特性之間的關系。然后,還展示了仿生電子表皮、軟驅動和自感應驅動系統的應用。具體來說,我們主要關注基于空氣/水界面策略的Janus薄膜在高性能表皮電子、非接觸傳感、光控執行器和自感仿生魚鰾方面的應用。


盡管已經付出了巨大的努力,但仍然存在一些挑戰。首先,對于碳納米材料的生物毒性,仍然沒有確切的答案。為了減少毒性的風險,用生物相容性的材料進行復合和封裝設備預計將成為替代戰略。通常情況下,需要一個強大的兩相結構界面,以確保穩定的驅動行為和高度可靠和準確的感應反饋信號。替代方法包括構建有效的互鎖界面,形成共價相互作用,以及物理和化學策略的結合。


此外,當暴露在惡劣的環境中時,碳基Janus薄膜應被積極賦予特定的功能,如自我修復、耐磨、耐高溫和抗霜凍。同時,賦予碳基Janus薄膜以多功能,對于實現復雜的智能軟體機器人系統具有重要意義。此外,一些合理的工程策略是非??扇〉模源_保有效的功能協同,以及在多變的環境下以無錯誤的方式執行動作的能力。同時,在Janus薄膜上追求高性能設備(如高精度、位置識別傳感器和可編程多級執行器)的良好控制模式,是非??扇〉?。最后,結合的原位印刷和卷對卷技術深入開發界面策略,有望成為實現新的傳感和/或致動功能以及相關的軟機器人技術的一個有前途的途徑。

來源:傳感器專家網

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