Large-Deformation Curling Actuators Based on Carbon Nanotube Composite: Advanced-Structure Design and Biomimetic Application

卷曲 碳纳米管 材料科学 执行机构 复合数 纳米技术 仿生学 变形(气象学) 复合材料 工程类 电气工程
作者
Luzhuo Chen,Mingcen Weng,Zhiwei Zhou,Yi Zhou,Lingling Zhang,Jiaxin Li,Zhigao Huang,Wei Zhang,Changhong Liu,Shoushan Fan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:9 (12): 12189-12196 被引量:138
标识
DOI:10.1021/acsnano.5b05413
摘要

In recent years, electroactive polymers have been developed as actuator materials. As an important branch of electroactive polymers, electrothermal actuators (ETAs) demonstrate potential applications in the fields of artificial muscles, biomimetic devices, robotics, and so on. Large-shape deformation, low-voltage-driven actuation, and ultrafast fabrication are critical to the development of ETA. However, a simultaneous optimization of all of these advantages has not been realized yet. Practical biomimetic applications are also rare. In this work, we introduce an ultrafast approach to fabricate a curling actuator based on a newly designed carbon nanotube and polymer composite, which completely realizes all of the above required advantages. The actuator shows an ultralarge curling actuation with a curvature greater than 1.0 cm(-1) and bending angle larger than 360°, even curling into a tubular structure. The driving voltage is down to a low voltage of 5 V. The remarkable actuation is attributed not only to the mismatch in the coefficients of thermal expansion but also to the mechanical property changes of materials during temperature change. We also construct an S-shape actuator to show the possibility of building advanced-structure actuators. A weightlifting walking robot is further designed that exhibits a fast-moving motion while lifting a sample heavier than itself, demonstrating promising biomimetic applications.

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