Soft-matter composites with electrically tunable elastic rigidity

材料科学 复合材料 弹性体 合金 复合数 弹性模量 刚度(电磁) 胶粘剂 液态金属 图层(电子)
作者
Wanliang Shan,Tong Lu,Carmel Majidi
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:22 (8): 085005-085005 被引量:216
标识
DOI:10.1088/0964-1726/22/8/085005
摘要

We use a phase-changing metal alloy to reversibly tune the elastic rigidity of an elastomer composite. The elastomer is embedded with a sheet of low-melting-point Field's metal and an electric Joule heater composed of a serpentine channel of liquid-phase gallium–indium–tin (Galinstan®) alloy. At room temperature, the embedded Field's metal is solid and the composite remains elastically rigid. Joule heating causes the Field's metal to melt and allows the surrounding elastomer to freely stretch and bend. Using a tensile testing machine, we measure that the effective elastic modulus of the composite reversibly changes by four orders of magnitude when powered on and off. This dramatic change in rigidity is accurately predicted with a model for an elastic composite. Reversible rigidity control is also accomplished by replacing the Field's metal with shape memory polymer. In addition to demonstrating electrically tunable rigidity with an elastomer, we also introduce a new technique to rapidly produce soft-matter electronics and multifunctional materials in several minutes with laser-patterned adhesive film and masked deposition of liquid-phase metal alloy.
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