智能材料

Abstract(#br)This work introduces the design of a smart soft composite (SSC) hinge actuator capable of a pure bending motion concentrated on specific sections of the actuator. This actuator makes use of a shape memory alloy (SMA) wire in a polydimethylsiloxane (PDMS) matrix embedded with segmented rigid components. The bending deformation was accomplished by actuating the SMA wire embedded along the length of the matrix eccentrically from neutral surface.

Abstract(#br)Elastomers with strong physical crosslinks were prepared, based on alternating polydimethylsiloxane (PDMS) spacer segments and pendant quartets of mesogenic building blocks (LC) of azobenzene type. They are structurally related to the well-studied polymers with pendant-chain LC units (light-sensitive actuators), but are generally highly different: The LC units make up only a small volume fraction in our materials and they do not generate elastic energy upon irradiation, but they act as physical crosslinkers with thermotropic properties.

摘要\n硅橡胶( SR )因其在极端恶劣条件下的生物相容性、柔韧性和优异的稳定性，在生物医学和航空航天应用中具有不可替代的作用。然而，仅有少数研究集中在SR基形状记忆材料上，SR材料日益智能化的应用受到强度不足和可设计的恢复行为不佳的限制。本文报道了一种简单的方法，通过单体/预聚体共混和原位聚合/交联来制备具有三个转变温度的热响应形状记忆硅橡胶复合材料。在SRCs中，聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA )和聚甲基丙烯酸乙酯( PEMA )作为交换段和增强相，聚二甲基硅氧烷( PDMS )网络提供了第三个过渡并主导了永久形状。在采用PMMA和PEMA开关段的SRCs热刺激恢复中，只需调节PMMA和PEMA的比例即可精确设计第二种临时形状，并建立了恢复尺度与PEMA含量的实用线性关系。SRCs的形状记忆和力学性能均由微纳米粒子( 800 ~ 800 )增强

以两端端带有偶氮苯型介晶积木( LC )的线性聚二甲基硅氧烷( PDMS )弹性链为基础，制备了物理交联的低温弹性体。它们一般(也在结构上)与研究较好的LC聚合物网络(光敏执行器)有很大的不同。LC单元在我们的材料中也只占很小的体积分数，在辐照时不会产生弹性能，但它们作为具有热致性能的物理交联剂。我们的弹性体缺乏永久性的化学交联-它们的结构是完全线性的。然而，相对稀少、较小和空间分离的末端LC单元的聚集被证明是一种相当强的交联机制。最吸引人的产品表现为延伸超过100℃的橡胶平台，在8℃附近融化，易溶于有机溶剂。共聚物分子的自组装(通过LC聚集)导致X射线衍射( XRD )显示出明显的层状结构，这种结构同样存在于熔体中(偏光显微镜，XRD )，其中发生1 - 2热致转变。在后续的一篇论文(‘第二部分’)中，讨论了这种层状结构的性质对胶料中和熔体状态下粘弹性和流变性能的有趣影响。共聚物作为被动智能材料，特别是作为温控弹性/粘弹性力学耦合材料，可能是人们感兴趣的。我们的研究重点是比较三种不同长度( 8.6、16.3和64.4个重复单元)的弹性PDMS片段体系的物理性质和结构-性质关系。

以两端端带有偶氮苯型介晶积木( LC )的线性聚二甲基硅氧烷( PDMS )弹性链为基础，制备了物理交联的低温弹性体。它们一般(也在结构上)与研究较好的LC聚合物网络(光敏执行器)有很大的不同。LC单元在我们的材料中也只占很小的体积分数，在辐照时不会产生弹性能，但它们作为具有热致性能的物理交联剂。我们的弹性体缺乏永久性的化学交联-它们的结构是完全线性的。然而，相对稀少、较小和空间分离的末端LC单元的聚集被证明是一种相当强的交联机制。最吸引人的产品表现为延伸超过100℃的橡胶平台，在8℃附近融化，易溶于有机溶剂。共聚物分子的自组装(通过LC聚集)导致X射线衍射( XRD )显示出明显的层状结构，这种结构同样存在于熔体中(偏光显微镜，XRD )，其中发生1 - 2热致转变。在后续的一篇论文(‘第二部分’)中，讨论了这种层状结构的性质对胶料中和熔体状态下粘弹性和流变性能的有趣影响。共聚物作为被动智能材料，特别是作为温控弹性/粘弹性力学耦合材料，可能是人们感兴趣的。我们的研究重点是比较三种不同长度( 8.6、16.3和64.4个重复单元)的弹性PDMS片段体系的物理性质和结构-性质关系。

具有可调特性的材料，特别是动态可调刚度的材料，已经成为软体机器人领域的研究热点。下面介绍一种机械刚度和电导率可调的鲁棒三组分弹性体-颗粒-纤维复合系统的新设计理念。这些智能材料在电流供电时，能够快速、可逆地改变其机械刚度。本文所述复合体系的一种实现方式是由聚二甲基硅氧烷( PDMS )基体、Field's Metal ( FM )颗粒和镀镍碳纤维( NCCF )组成，表明该复合材料的机械刚度和电导率具有很高的可调谐性，且依赖于3种组分的体积分数和温度，可以利用有效介质理论进行合理估计。焦耳加热由于其优越的导电性，可以作为激活机制，在秒内实现≈20 ×机械刚度的变化。复合材料的性能具有热学和力学上的鲁棒性。这些复合材料的形状记忆效应也得到了证明。可调谐的机械和电学性能的结合使得这些复合材料有望成为软机器人传感和驱动应用的候选材料。

通过光/湿可重构的多尺度薄膜-基底双层结构实现了动态、多功能、可转换和响应的微图案系统的设计。具体而言，将亲水性聚乙烯醇( PVA ) /膨润土( LP )薄膜共价键合到光热活性聚二甲基硅氧烷( PDMS ) /炭黑( CB )软基上。激光刻划器可以通过操纵激光功率和时空控制刻划可编程排列的微皱纹。这些皱纹可以调制为3个不同的系统：1 )水分可擦除和激光重写皱纹；2 )  水分驱动的可逆皱纹；3 )耐湿皱纹，通过控制a ) PVA的耐湿性；b ) LP纳米结构调控PVA / LP薄膜的尺寸稳定性，可通过激光功率和LP比例调节。这种可编程系统可应用于信息加密/记录以及作为水分响应型电开关，为下一代智能材料的调制和应用提供了新的途径。

利用悬浮在聚二甲基硅氧烷( PDMS )中的4 - 5 nm的脱凝纳米金刚石颗粒，制备了具有明显电流变效应的流体。已有研究表明，纳米金刚石颗粒表面官能团的类型对悬浮液在电场作用下的行为起着至关重要的作用。氢化纳米金刚石的悬浮已显示出最强大的电流变效应。在极低浓度的纳米金刚石颗粒( 3 ~ 4  wt % )下，已经检测到80 ~ 90  Pa数量级的屈服应力高值。悬浮液具有突出的沉降稳定性：30天后沉降率达90 %以上。屈服应力对电场的幂律依赖关系，τ  · E 1.0 - 1.5主要表示该效应的传导机制。PDMS中羧基化纳米金刚石的悬浮液揭示了定性不同的行为，发生了电泳。讨论了依靠纳米金刚石表面功能化而产生不同流变行为的原因。指出了纳米金刚石作为电流变液填料的应用前景。

压电材料作为换能器和能量收集器在传感器领域已经使用了几十年。其中，压电复合材料在生产、成本和通用性方面正变得极为有利。然而，随机分散填料的复合材料的压电性能与块体铁电陶瓷和电活性聚合物并不相同。为了获得高性能、低成本的材料，本工作旨在在聚二甲基硅氧烷( PDMS )基体中，以锆钛酸铅( PZT )为填料，制备具有准1 - 3连接的柔性复合材料。这种结构由沿择优取向排列的柱状粒子组成，在聚合前和聚合过程中施加交变电场，通过介电泳实现。所研制的柔性材料可以引入到各种应用领域的复杂结构中，作为结构监测的传感器。

压电材料作为换能器和能量收集器在传感器领域已经使用了几十年。其中，压电复合材料在生产、成本和通用性方面正变得极为有利。然而，随机分散填料的复合材料的压电性能与块体铁电陶瓷和电活性聚合物并不相同。为了获得高性能、低成本的材料，本工作旨在在聚二甲基硅氧烷( PDMS )基体中，以锆钛酸铅( PZT )为填料，制备具有准1 - 3连接的柔性复合材料。这种结构由沿择优取向排列的柱状粒子组成，在聚合前和聚合过程中施加交变电场，通过介电泳实现。所研制的柔性材料可以引入到各种应用领域的复杂结构中，作为结构监测的传感器。