仿生驱动器用具有平面外颗粒链的柔性各向异性磁敏弹性体薄膜

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:30
文章英文标题
Flexible anisotropic magneto-sensitive elastomer films with out-of-plane particle chain for bionic actuator
正文
由于柔性可控的特点,磁性复合膜成为未来便携式、高效率、多功能的磁软驱动器的理想选择。这里,我们研制了一种基于聚二甲基硅氧烷( PDMS )和高浓度羰基铁颗粒( CIPs )的各向异性磁敏弹性体薄膜( MSEF )复合材料。CIP结构的离面设计使MSEF具有良好的场依赖性变形能力和驱动能力。MSEF-30°在87mT均匀磁场中的面外弯曲角可达70.78°,MSEF-20°可将重物提升66.4倍。充分讨论了颗粒链取向、CIP含量、厚度和外加磁场对磁致变形行为的影响,并进行了有限元计算,以明确实验结果。提出了改进的平衡方程,定性地解释了不同磁场下的实验结果。基于MSEF复合材料,分别制作了具有双向变形和自感知功能的仿生软驱动器。这两种易于制备和可编程的软致动器可以达到预期的驱动效果,表明各向异性MSEFs作为软致动器在生物医学、微流体、智能机器人和仿生学等领域具有巨大的应用潜力。
文章内容(英文)
Owing to the flexible and controllable characteristics, the magnetic composite film becomes an ideal option for future portable, efficient and multifunctional magnetic soft actuators. Here, an anisotropic magneto-sensitive elastomer film (MSEF) composite based on polydimethylsiloxane (PDMS) and high concentration of carbonyl iron particles (CIPs) was developed. The off-plane design of CIP structures endows MSEF excellent field-dependent deformability and actuation ability. The off-plane bending angle of the MSEF-30° in 87mT uniform magnetic field could reach 70.78°. Moreover, the MSEF-20° could lift a heavy object 66.4 times its own weight. The influences of particle chain orientation, CIP contents, thickness and applied magnetic field on the magneto-induced deformation behavior were fully discussed, and finite element calculations were performed to clarify the experimental results. An improved balance equation was proposed and qualitatively explained the experimental results under different magnetic fields. Based on the MSEF composite, biomimetic soft actuators with bidirectional deformation and self-sensing functions were produced respectively. The two easy preparation and programmable soft actuators could achieve the expected actuation effect, indicating that the anisotropic MSEFs have great potential as soft actuators in the fields of biomedicine, microfluidics, intelligent robots and bionics applications.
来源出处
Journal|[J]Composites Part A: Applied Science and ManufacturingVolume 150, 2021. PP 106591-
谷歌学术影响力
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DOI
https://doi.org/10.1016/J.COMPOSITESA.2021.106591

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