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清华在柔性全无机驱动器件研究中取得进展

日期:2017-02-28

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,我院刘锴副教授课题组与清华物理系魏洋副研究员合作,设计出一种基于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。研究发现这种柔性驱动器件的响应频率可以达到100 Hz,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。

 

 

相关工作以“Flexible, All-Inorganic Actuators Based on Vanadium Dioxide and Carbon Nanotube Bimorphs”为题发表在Nano Letters上面(Nano Lett. 2017, 17, 421),论文第一作者为刘锴副教授和魏洋副研究员共同指导的博士后马赫。该工作得到了青年千人计划科研基金、国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金以及中国博士后科学基金的支持。

刘锴课题组关注于低维复合/异质结构的界面性质及在智能材料、智能器件方面的应用,在基于智能相变材料的双层复合结构以及基于二维层状材料的双层异质结构等材料体系上做了较多的工作。近来课题组关于二维材料和基底异质界面的综述论文发表在美国AIP旗下期刊Applied Physics Reviews上面(Appl. Phys. Rev. 2017, 4, 011301, IF=14.3)。(清华材料学院)

相关论文链接:

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b04393

http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4974072

 

http://www.mse.tsinghua.edu.cn/publish/mse/142/2017/20170223143822206731626/20170223143822206731626_.html

 

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