Grafenbaseret aktuatorsværm muliggør programmerbar deformation

Aktuatorer, der kan konvertere forskellige miljøstimuli til mekanisk arbejde, har afsløret et stort potentiale for udvikling af smarte enheder såsom bløde robotter, mikro-elektromekaniske systemer (MEMS), og automatiske lab-on-a-chip systemer. Generelt, dobbeltlagsstrukturer anvendes i vid udstrækning til design og fremstilling af stimuli-responsive aktuatorer. I det seneste årti, at forfølge hurtig og storstilet deformation, stor indsats er blevet afsat til udvikling af nye smarte materialer. Til dato, forskellige stimuli-responsmaterialer/-strukturer er med succes blevet udviklet og anvendt til bimorfe aktuatorer.

For nylig, grafen og grafenoxid (GO), der besidder en række fremragende fysiske/kemiske egenskaber, er dukket op som en ny type smart materiale til aktuatordesign. Forskellige grafen-baserede bimorfe aktuatorer er blevet rapporteret med succes. Imidlertid, disse aktuatorer er kun i stand til simpel deformation, såsom bøjning. Så vidt vi ved, mindre opmærksomhed er blevet lagt på den raffinerede kontrol af deres deformation. På trods af nogle tidligere værker, der har rapporteret, at bøjningsretningen kan styres af det mønstrede begrænsede lag, deres deformation er passivt begrænset på grund af den anisotrope mekaniske modstand. I øjeblikket, udviklingen af ​​bimorfe aktuatorer, der muliggør aktiv og programmerbar deformation, er fortsat en udfordrende opgave.

I et nyt papir offentliggjort i Beijing-baserede National Science Review , forskere ved Jilin University og Tsinghua University præsenterer en selvhelbredende grafenaktuator-sværm, der muliggør programmerbar 3D-deformation ved at integrere SU-8-mønsterarrays med GO. I modsætning til tidligere offentliggjorte værker, aktuatorsværmen kan realisere aktiv og programmerbar deformation under fugtaktivering. Her kan SU-8 mønsterarrays fremstilles i alle ønskede strukturer, hvor et individuelt SU-8-mønster kan betragtes som et inert lag. I kombination med det nederste GO-lag, hver SU-8 struktur kan danne en individuel bimorf aktuator og deformeres aktivt under stimulering.

I denne forbindelse disse SU-8/GO tolags arrays kan betragtes som en sværm af aktuatorer (aktuator-1, aktuator-2, og aktuator-n). Under ekstern stimulation, hver aktuator deformeres individuelt, og deformationen af ​​hele strukturen er den kollektive kobling og koordinering af aktuatorsværmen. Derfor, ved at kontrollere størrelsen, form og orientering af SU-8 mønstrene, mere komplekse deformationer kan programmeres. Dette arbejde demonstrerer en ny måde at programmere deformationen af ​​tolags aktuatorer, udvidelse af mulighederne for eksisterende bimorfe aktuatorer til applikationer i forskellige smarte enheder.