基于导电聚苯胺的离子凝胶柔性驱动器研究

基于导电聚合物的柔性电化学驱动器具有驱动电压低，成本低和环境适应性强等特点，在柔性驱动领域具有重要的研究意义。分别以硫酸和植酸作为掺杂剂合成导电聚苯胺，借助扫描电子显微镜和X射线衍射仪等表征方法，研究了掺杂剂对聚苯胺微观结构的影响。将掺杂态的导电聚苯胺作为添加剂加入到PEDOT∶PSS驱动器电极中，获得了一种具有高拉伸和高导电性(925S/cm)的电极，并且驱动器的最大质量电容可达到1F/g,最大弯曲位移为5.6mm。结果表明：聚苯胺作为添加剂对驱动器的驱动性能有较大的提升作用，为后续的研究提供了有益的借鉴意义。     

蚕丝基柔性导电复合材料在传感器中的应用进展

蚕丝作为传统的纺织纤维，较大的纤维长径比使其具有优异的力学性能，其强度优于钢铁，弹性优于尼龙，同时兼具轻盈透气等优点。将蚕丝织物作为柔性导电材料基材对可穿戴电子产品在医疗检测、运动康复、食品检测等方面的应用具有重要意义。介绍了蚕丝的结构及柔性传感器的传感机理，综述了国内外以蚕丝织物作为基底的柔性导电复合材料在传感器件中的应用进展，并对蚕丝基柔性导电复合材料的发展前景进行了展望。     

纤维素导电基底及其柔性电子器件的研究进展

纤维素是自然界中含量丰富且可再生、可降解的天然材料。本文综述了物理、化学、生物或相结合的技术对纤维素的影响作用及可制备的纤维素基元材料,例如纤维素纤维、纳米纤维素和纤维素分子。基于纤维素纤维,利用湿法造纸技术可以生产具有高孔隙率的纤维素纸张基底;基于纳米纤维素,利用真空抽滤或涂布等方式可制备具有低表面粗糙度及高透明度的纳米纤维素膜基底;基于纤维素分子,利用涂布或铸涂等方式可生产具有均一的表面形态及高透明度的再生纤维素膜基底。本文进一步分析了常用的导电材料(金属导电材料、聚合物导电材料及碳基导电材料等)及其与纤维素基底结合的方法(涂布、沉积、原位聚合、自组装等),进而可以制备柔韧轻质的纤维素导电基底。基于高性能的纤维素导电基底可以组装柔性电子器件,在光电转化、能量储存及电磁屏蔽等领域展现了广阔的应用前景。总之,利用天然纤维素制备柔性电子器件对于扩大纤维素的应用范围、提升纤维素的利用价值及推动柔性电子器件的进一步发展具有重要意义。      

纳米纤维素基材料在柔性电子器件中的应用

目的 由于纳米纤维素基材料良好的柔韧性、热力学性能和高透明度,近年来在柔性电子产品中引起越来越多的关注。通过综述该领域的研究进展,将有助于研究人员更高效地开展研究。方法 综述3类纳米纤维素的制备方法及将纳米纤维素基材料应用在柔性电子产品中的研究进展。分别阐述纳米纤维素基材料应用于器件柔性衬底及绝缘材料的研究实例,并讨论纳米纤维素在各种应用方向中的优势以及存在的问题,最后对材料的未来应用前景进行展望。结论 纳米纤维素是天然纤维素与纳米技术结合的产物,可主要划分为纤维素纳米纤丝、纤维素纳米晶以及细菌纤维素3类。近年来,纳米纤维素基材料作为电子器件柔性衬底、绝缘材料等研究均有许多成果问世。虽然纳米纤维素基电子器件的开发还主要停留在实验室阶段,但是与传统的石油化工产品相比,纳米纤维素具有原材料丰富、环保可降解等优点。对纳米纤维素基新型材料的开发利用,有助于解决人类社会中日益严重的电子垃圾问题。     

纤维素基热电复合材料研究进展

随着全球经济的蓬勃发展，人类对于能源的需求越来越大，因此对于绿色环保型热电材料的研究和应用已经刻不容缓。纤维素作为自然界中含量最丰富的天然高分子，具有丰富的三维网络结构以及优异的热稳定性，是作为柔性热电复合材料的理想基底之一，对其大规模开发利用符合绿色可持续发展的理念。纤维素基热电复合材料可以将人体、化石能源等产生的废热充分转化为电能，具有性能稳定、绿色环保、使用寿命长、低成本、易加工等优点。本文综述了近年来纤维素基复合材料的发展现状及应用领域，着重从聚合物复合材料、碳基复合材料和Bi-Te合金复合材料3个方面进行阐述。并对纤维素基复合材料面对的挑战以及未来的研究趋势进行了总结和展望。     

柔性驱动对转子碰摩运动特性的影响

建立了柔性驱动转子系统的动力学方程，通过求解方程得到了柔性驱动器的扭转响应和转子与定子碰摩后的冲击角加速度响应。讨论分析了柔性驱动在控制转子碰摩运动中的作用，发现转子的冲击角加速度随柔性驱动器扭转刚度的增大而增大，随柔性驱动器扭转刚度的减小而减小，说明在转子系统其他参数不变的情况下，可通过调整柔性驱动器的扭转刚度以达到提高转子运动稳定性的目的。     

纤维素基先进功能材料的制备及其应用

纤维素是来源最为广泛的生物质资源,具有廉价易得,可再生等优点,可作为石化资源的替代品,制备品种丰富、性能各异的先进功能材料。综述了近年来纤维素基先进功能材料研究方面的重要进展,对其制备方法和应用进行了详细归纳和讨论。内容包括:力学功能材料、化学功能材料、光电功能材料等。涉及柔性显示器、药物载运、电子元器件模板、分离膜,超级电容器等领域的应用。文章最后对纤维素基先进功能材料的发展提出设想,并讨论了在发展过程中面临的关键问题,为纤维素基功能材料的深入研究和产业化应用提供有益的参考。     

电流体泵驱动的柔性弯曲执行器的设计及分析

针对目前柔性执行器需要外置的刚体泵和阀的问题，基于人手指弯曲抓握的运动特点，设计了一款由内嵌电流体泵驱动的柔性弯曲执行器。设计了电流体泵，通过实验分析了电流体泵的极板间距和电极孔直径对电流体泵输出流量和压强的影响，确定了电流体泵针电极、孔电极等部件的尺寸，研制了电流体泵样机。将多个电流体泵串联及并联，分别得出了输入电压与输出流量、输出压强的关系，确定了以2个电流体泵串联的方式来驱动软体执行器；建立了柔性执行器的力学模型，对柔性执行器进行了弯曲仿真和实验，得到了驱动压强与柔性执行器弯曲角度之间的关系，证明了柔性执行器具有良好的弯曲性能。弯曲角度的实验值、仿真值、理论值较一致，理论模型和仿真模型可以较为准确地描述柔性弯曲执行器的弯曲变形。电流体泵与柔性执行器高度集成，使电流体泵可以直接驱动柔性执行器弯曲变形，实现了柔性弯曲执行器的可携带性。     

细菌纤维素/碳纳米管柔性纳米复合膜的制备及其导电性能研究

以细菌培养生成的细菌纤维素(BC)为基材,碳纳米管(CNTs)为导电填充物,通过简单的物理吸附法制备出了BC/CNTs纳米复合膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外变换光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TG)和四探针测试仪(FPT)对其形貌、结构、热学以及导电性能进行了表征。结果表明:CNTs均匀负载在BC膜上,CNTs的掺入使BC膜的热学性能得到很大改善;同时制备出的柔性纳米复合膜在不同弯曲角度下均具有很好的导电性能,导电率为0.32±0.003S/cm,且性能稳定。这表明合成的纳米复合膜可作为柔性基材在生物传感器、超级电容器及其锂电材料等领域得到很好应用。     

主动控制后缘附翼模型的实验研究

电致伸缩驱动器是控制智能旋翼后缘附翼的执行机构，本文从电致伸缩材料的本构方程及运动方程出发，建立驱动机构中固态驱动器的动力学模型，确定结构尺寸及粘结层性能对驱动器性能的影响规律，采用有限元模型对运动变换机构在离心力作用下的位移变换特征进行分析，研究其弯曲刚度对动态特性的影响规律，最后对带驱动机的后缘附翼模型进行实验研究。     

人工肌肉纤维的研究进展

人工肌肉领域是一个高度跨学科的研究领域,在过去30年中发展迅速.人工肌肉是指一类材料在受到外部刺激如电压、电流、温度、压力、光线、湿度等产生响应,通过自身结构的变化而产生形变的材料,其在软体机器人、假肢、外骨骼及温度调节服等多种应用中具有非常重要的作用.人工肌肉根据其宏观表现形态一般可分为膜状和纤维状.纤维状人工肌肉可将外界刺激导致的体积膨胀通过其螺旋结构转换为纤维径向的转动和轴向的收缩,从而形成旋转驱动和伸缩驱动,其能量转换效率、功率密度以及做功都远高于现有的一些膜状驱动器.另外,纤维状人工肌肉不仅可以完成伸缩、转动等运动,还可通过并股和编织等方式实现更复杂的运动,因其力学性能优异、柔韧性好,且在形式上更接近自然生物肌肉,从而更具优势.人工肌肉纤维还可以以多种不同的形式进行驱动,包括温差驱动、溶剂/气体吸附或渗透驱动、电化学驱动以及气压驱动.近年来,基于柔性纤维状材料的人工肌肉的研究取得了很大的进展.人工高分子纤维(如尼龙线)、人工无机纤维(如碳纳米管纤维、石墨烯纤维等)、天然纤维(如蜘蛛丝、蚕丝等)因具有本征柔性的特征,在人工肌肉纤维的原材料上扮演着重要角色.本文综述了人工肌肉纤维的研究进展,分别对人工肌肉纤维的驱动材料、工作机制、驱动方式、评价参数及智能织物方面进行了总结,并在最后对人工肌肉纤维领域亟待解决的问题进行了分析与讨论.     

导电复合水凝胶的分类及其在柔性可穿戴设备中的应用

近年来，基于水凝胶的导电材料及其作为柔性可穿戴设备的应用引起了人们的广泛关注。柔性可穿戴设备不仅可以采集人体生理信号用于远程健康监测，还在人机界面、软机器人等方面展示出巨大的应用潜力。导电水凝胶所具有的良好导电性、高延伸性、可调柔韧性、生物兼容性和多重刺激响应性等优点使其成为制备柔性可穿戴设备的理想材料。到目前为止，各种导电材料被广泛用于制作导电复合水凝胶。本文根据导电材料对导电复合水凝胶进行分类，包括离子导电水凝胶(基于盐离子、离子液体、聚电解质等导电物质)、电子导电水凝胶(基于导电聚合物基、碳材料、MXene和金属等导电物质)两大类，并介绍了导电水凝胶在人体运动监测、健康监测、人机界面等柔性可穿戴设备中的应用进展。     

介电型电活性聚合物圆柱形驱动器侧向特性的研究

电活性聚合物（EAP）在实际生活中有着广泛的应用,介电型EAP圆柱形驱动器作为其典型应用之一,其输出的侧向偏转力和侧向弯曲角度受到介电型EAP膜拉伸面积比例、介电型EAP膜卷绕层数和柔性电极涂抹面积比例的影响,需要深入研究来确定其作用规律。针对这些影响因素对介电型EAP圆柱形驱动器输出的侧向性能的影响,设计制作了试验测试装置,通过控制变量试验测得了大量试验数据;分析处理试验数据,初步得出了影响因素的作用规律。结果表明：介电型EAP圆柱形驱动器输出的侧向偏转力和侧向弯曲角度都会受到介电型EAP膜拉伸面积比例、介电型EAP膜卷绕层数和柔性电极涂抹面积比例的影响,这些因素对其输出的侧向性能产生不同的作用结果。     

柔性生物电传感技术

生物电信号作为监测人体健康的关键特征信号具有重要意义,因此人们一直在不断地探索和改进生物电信号传感技术。随着可穿戴电子技术的不断发展,传统的生物电传感设备在生物相容性、可穿戴性、便携性、制作成本等方面的问题也越来越突出,已很难满足当前的应用需求。近年来,新型柔性生物电传感设备迅速发展,相比于传统的生物电传感设备,柔性传感设备具有可拉伸性好、便携性强、体积小、成本低、皮肤接触界面更加稳定等巨大优势,为生物电传感技术带来了革命性的变化。由于柔性材料大多是绝缘的且与金属的结合力较差,因此出现了亟待解决的新问题,例如柔性基底材料和导电材料的选型问题、电极的设计和加工问题等。另外,生物电监测易受噪声干扰,因此减小其运动伪影、延长有效监测时间、提高生物相容性、提高信号采集质量也是柔性生物电传感器件的主要研究热点。电极是柔性传感设备重要的组成单元,生物电检测电极的质量决定了生物电传感器的检测灵敏度、信号质量、使用寿命等。如今已经取得较好效果的柔性生物电检测电极主要有金属纳米线电极、柔性导电复合物电极等。其制备方法主要是:(1)在柔性材料中掺杂金、银、碳纳米管等导电材料来使其具有导电性能,再对结构和形状进行加工;(2)在柔性衬底上沉积或电镀导电材料,再对导电材料进行图案化加工等。制备工艺主要包含光刻、蒸镀、气相沉积、键合、喷涂、滴铸、旋涂、浸涂和真空过滤等。本文归纳了柔性生物电传感技术的研究进展,对柔性生物电传感器的组成单元和工作原理、柔性基底材料的选择、柔性生物电监测电极的制备方法进行了论述,并对柔性生物电传感技术在心电、脑电、肌电、眼电等监测方面的应用进行概述,分析了柔性生物电传感技术面临的问题并展望其前景,以期为柔性传感技术在生物电监测方面的进一步发展提供参考。     

柔性电致变色材料的研究与发展

随着可穿戴电子器件的应用普及,柔性电子器件已经成为当前研究的热点。柔性电致变色器件因具有绿色环保、低成本、可大面积、适应性强和生产运输方便等优良特性,在新型智能显示、建筑智能窗、汽车后视镜、智能眼镜、可穿戴设备和军事伪装等众多领域得到广泛应用。从柔性电致变色结构出发,讨论了柔性衬底、电极材料、电致变色材料和电解质材料等功能层,指出了提升柔性电致变色器件性能的关键,明确了器件材料与结构的关系,指出其当前存在的问题并对未来的发展趋势做出展望。     

同步跟随式电磁悬浮驱动器的力学分析与测试

设计了一种基于磁场同步跟随的多自由度电磁悬浮式微驱动器,该驱动器悬浮单元和驱动单元相互独立,在一个机构中构建了集驱动、测量和控制于一体的磁悬浮微驱动新方法.通过对该驱动器的受力分析,得到了驱动器多自由度运动状态的数学方程.采用电涡流传感器和DSP控制器,建立了该微驱动器的测控系统,实验结果表明,该驱动器具有较强的稳定性与驱动能力,验证了力学分析的正确性.     

纤维素接枝丙烯酸类吸水剂改性聚氨酯软质泡沫塑料的研究

在软质聚氨酯泡沫成型过程中加入纤维素接枝丙烯酸类吸水剂,制得了一种柔软的高吸水性复合材料。研究了异氰酸酯指数以及纤维素接枝丙烯酸类吸水剂的加入时间及用量等因素对材料性能的影响。结果表明:制备的复合型吸水材料,吸水倍率达到了58(g/g),并具有高柔性、可制成片材、异型材等特点。这些优点将使它在医药卫生方面有很大的应用前景。     

木质纤维素类生物基材料研究进展

木质纤维素类生物质作为重要的可再生资源,不仅可以转化为能源及化工品,还可以合成相关的生物基材料。本文综述了以木质纤维素类生物质各组分为原料合成的生物基材料的种类、方法和应用,发现生物质是很好的化石材料替代品。直接将生物质各组分进行生物基材料合成会缩小其应用范围,运用化学改性方法对生物质各组分进行化学改性后再合成生物基材料,可以优化材料的一些性能,其中,基于生物质绿色、可降解和无污染的天然特性,在污水处理和替代相关石油基材料的原料方面其将发挥更重要的作用。     

纳米纤维素基复合材料及其用于柔性储能器件的研究进展

纳米纤维素是一类具有大比表面积、高反应活性、高机械强度、良好生物相容性、优异热稳定性以及可降解等优异性能的纳米高分子材料。根据其来源、特性、制备方法,可大致分成纤维素纳米纤丝(CNF)、纤维素纳米晶体(CNC)、细菌纤维素(BC)三类,三者的微观形态和尺寸大小有所差异。纳米纤维素凭借其高抗张强度,在复合增强材料的填充应用上表现出优异的机械柔韧性,借此将其与导电聚合物、碳材料和金属化合物等导电物质复合,可形成具有优异力学性能和电化学性能的导电复合材料,这类材料在柔性储能器件等领域有着广泛的应用前景。本文重点回顾了纳米纤维素与多种导电物质复合制备导电复合材料的工艺方法及电化学性能表征,并概述了基于纳米纤维素的导电复合材料在柔性储能器件锂离子电池(LIBs)和超级电容器(SCs)上的应用研究进展,在总结相关研究的基础上进一步讨论了上述制备应用过程中存在的问题,并针对此类问题展望了纳米纤维素基导电复合材料在今后研究应用的重点和方向。     

纤维素基材料负载金属纳米粒子催化降解研究进展

由于金属纳米粒子具有高催化活性、反应选择性和易于制备等特点,其被认为是化学反应中的优异催化剂,但存在着高成本、难分离、易团聚、不可回收再利用等缺点。纤维素是迄今最丰富的可再生天然聚合物,广泛存在于高等植物、动物及细菌中,而又由于其高比表面积、较好的稳定性及化学可修饰性,因此纤维素基材料可以作为金属纳米粒子的良好载体。对近年来纤维素基材料负载金属纳米粒子催化剂的制备及催化性能进行了综述,以便有关科研人员了解多方位的有效尝试方法和探讨的途径。