Cellulose membranes as moisture-driven actuators with predetermined deformations and high load uptake

纤维素 材料科学 复合材料 执行机构 湿度 水分 肿胀 的 生物相容性材料 相对湿度 化学工程 化学 生物医学工程 工程类 电气工程 生物化学 热力学 物理
作者
Xiaofeng Jiang,Bingkun Tian,Xiaoyu Xuan,Wanqi Zhou,Jianxin Zhou,Yaqing Chen,Yang Lü,Zhuhua Zhang
出处
期刊:International Journal of Smart and Nano Materials [Informa]
卷期号:12 (2): 146-156 被引量:13
标识
DOI:10.1080/19475411.2021.1906780
摘要

We report the synthesis of cellulose membranes from balsa wood with an exceptionally high responsivity to humidity change by chemical processing and mechanical compression. By varying the ambient humidity, the produced cellulose membranes can provide a variety of predetermined deformations, such as curve, s-like deformation and curl. The high humidity responsivity is originated from a self-maintained moisture gradient induced by an asymmetrical design of membrane surfaces, aided by the hygroscopic swelling of the cellulose. The moisture-driven actuators are then demonstrated as a three-finger gripper that can grab, hold and release objects 40 times the weight of its own. The combination of natural wood and stimuli-responsive behavior open a way to designing smart structures, actuators and soft robots with environmentally friendly, recyclable and biocompatible materials.

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