Plasmonic‐Assisted Graphene Oxide Films with Enhanced Photothermal Actuation for Soft Robots

ty10086 提交于 周四, 08/26/2021 - 12:47
文章英文标题
Plasmonic‐Assisted Graphene Oxide Films with Enhanced Photothermal Actuation for Soft Robots
正文
碳基材料凭借其热脱附或膨胀而被广泛用作光驱动的软驱动器。然而,在这种薄膜结构中施加被动层,极大地限制了驱动效率,如弯曲幅度和速度。本文研究了一种由氧化石墨烯( GO ) -聚多巴胺( PDA ) -金纳米粒子( Au NPs ) /聚二甲基硅氧烷( PDMS )双活性层增强的双层复合膜。在该薄膜中,传统的被动层被另一种AuNPs增强的热响应层所取代。在施加NIR光照射时,由于GO- PDA-Au NPs层失水和PDMS层热膨胀,导致整个薄膜变形可控。得益于双活性双层机制,与常规方法相比,薄膜的驱动效率大大提高。具体来说,弯曲振幅提高到173 %,驱动速度提高到3.5倍。该软作动器可作为高作动强度的人工臂,可作为无线夹持器。此外,该薄膜可以设计成具有各种运动模式的软机器人,包括直线、滚动和转向运动。所研制的复合膜为仿生软机器人技术和未来的应用提供了新的机会。
文章内容(英文)
Carbon‐based materials are widely used as light‐driven soft actuators relying on their thermal desorption or expansion. However, applying a passive layer in such film construction greatly limits the actuating efficiency, e.g., bending amplitude and speed. In this work, a dual active layer strengthened bilayer composite film made of graphene oxide (GO)–polydopamine (PDA)–gold nanoparticles (Au NPs)/polydimethylsiloxane (PDMS) is developed. In this film, the conventional passive layer is replaced by another AuNPs‐enhanced thermal responsive layer. When applying NIR light exposure, the whole film deforms controllably resulting from the water loss in the GO–PDA–Au NPs layer and thermal expansion in the PDMS layer. Benefiting from the dual active bilayer mechanism, the thin film's actuating efficiency is dramatically improved compared with that of conventional methods. Specifically, the bending amplitude is enhanced up to 173%, and the actuating speed is improved to 3.5‐fold. The soft actuator can act as an artificial arm with high actuating strength and can be used as a wireless gripper. Moreover, the film can be designed as soft robots with various locomotion modes including linear, rolling, and steering motions. The developed composite film offers new opportunities for biomimetic soft robotics as well as future applications.
来源出处
Journal|[J]Advanced Functional MaterialsVolume 30, Issue 14. 2020. PP n/a-n/a
DOI
https://doi.org/10.1002/adfm.201910172

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