1 天津大学 材料科学与工程学院， 天津 300350
2 天津大学 滨海工业研究院， 天津 300452
为了得到能够可控制形变的液晶弹性体，提高其在软体致动器和软体机器人领域的应用潜力，本文报道了一种基于液态金属（LM）-液晶弹性体（LCE）的光驱动软体致动器。该软体致动器通过4D打印技术制备而成，展现出了良好的形变可编程性。通过超声将LM分散在乙醇中，随后将LM微米颗粒混合到配置好的液晶溶液中得到均匀的LM-LCE墨水，利用4D打印技术对其墨水的取向结构进行编程，最终制备出具有特定形变的软体致动器。通过4D打印，分别制备了具有交替正交和圆锥形阵列取向结构的LM-LCE软体致动器。该致动器具有良好的光热性能，在808 nm红外激光照射下，在10 s内致动器表面温度可达120 ℃。基于优越的光热性能，交替正交取向结构的致动器可以快速产生弯曲形变；而圆锥形阵列取向结构的致动器则以螺旋中心为顶点产生凸起形变。基于4D打印技术，LM-LCE的光驱动软体致动器具有良好的形状可编程性，在动态和复杂的环境中展现出更加优异的适应性及可调节性，有望在医疗、**和软体机器人领域得到广泛应用。
可编程形变 液晶弹性体 液态金属 4D打印 软体机器人 programmable deformation liquid crystal elastomer liquid metals 4D printing soft robot
1 西南科技大学 a.环境与资源学院
2 b.工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室, 绵阳 621010
为了评估爆炸堵孔装置的堵塞效果, 将装有导爆索的爆炸堵孔装置放入模拟炮孔中进行爆炸实验, 然后通过万能试验机对其进行单轴压缩脱模实验。结果表明: 爆炸堵孔装置与孔壁贴合后的抗压强度为26.5~35 MPa, 抗剪强度为3.07~3.4 MPa, 远大于常规炮泥的抗剪强度(0.09 MPa)。将爆炸堵孔装置用于隧道爆破直眼掏槽眼中, 并对原有的孔网参数进行优化, 结果显示: 在保证掏槽进尺的情况下, 掏槽眼孔数相对于优化前减少了35%, 而且炮孔的间距也相应增大, 有利于降低相邻掏槽孔贯穿的风险, 从而有效提高施工效率。因此, 将爆炸堵孔装置与炮泥联合使用, 可大幅增强炮孔堵塞效果, 从而防止爆生气体过早逸出, 延长爆生气体在炮孔内的作用时间, 进而充分发挥爆生气体的气楔破岩作用, 并有效增强爆生气体的抛掷作用, 对保证隧道直眼掏槽爆破效果具有重要意义。
地下爆破 堵孔 聚氨酯弹性体 抗剪强度 直眼掏槽 爆生气体 underground blasting stemming polyurethane elastomer shear strength burn cut detonation gas
1 天津工业大学电子与信息工程学院，天津 300387
2 天津市光电检测技术与系统重点实验室，天津 300387
3 天津工业大学纺织科学与工程学院，天津 300387
研究了一种用于智能服装呼吸监测的光纤织物传感器。该传感器由拉伸敏感光纤、热塑性聚氨酯弹性体（TPU）和弹性织物多层复合而成。提出基于加热方式的聚合物光纤多弯曲级联结构的定形方法，制备出具有精确特征尺寸的拉伸敏感光纤，利用TPU材料的热塑性，通过熨烫方式实现拉伸敏感光纤、TPU材料和织物的黏合来形成层压式织物传感器。所制备的织物传感器各层间无气泡和起皱，具有很好的制作重复性，可与服装实现无缝纫连接，提升服装的舒适度和美观度。实验表明，该传感器的应变系数可达71.01，拉伸率可达83%，迟滞误差小于12%，且具有单向拉伸感知能力。对所设计的呼吸监测样衣进行了实测，结果表明：在穿着者不同呼吸频率、不同姿态和运动状态下，该样衣均可获得明显的呼吸波形，呼吸率最大误差小于2 次/min，平均误差在0.8 次/min以内。
光纤织物传感器 呼吸监测 单向拉伸感知 聚氨酯弹性体 弯曲损耗 激光与光电子学进展
2023, 60(13): 1316003
近年来，氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜凭借其稳定高效的光热性能，受到科学家的广泛关注。但目前研究者大多重点关注其光热响应行为及使用场景，并未系统研究外界刺激的强弱和复合膜自身的尺寸大小对其响应性能的影响。本文采用旋涂的方法在制备的具有固定取向的液晶薄膜上涂覆一层氧化石墨烯，制备了具有不同液晶分子取向的氧化石墨烯/液晶弹性复合膜，可以实现红外光和温度的双重刺激响应，并对其进行了响应性能和形变规律的表征和分析。实验结果表明，氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜是一种红外-热响应型的复合膜，该复合膜由于裁剪方向的不同，会呈现2种不同的形变规律，以此为基础，研究了不同强度外场刺激下复合膜的响应特性，以及复合膜自身尺寸的不同对复合膜响应特性产生的影响。发现1型复合膜的响应性能主要受宽度影响，2型复合膜的响应性能主要受长度影响，为氧化石墨烯/液晶弹性体复合膜的应用提供了基础。使用该复合膜制备了仿生光热驱动器，证明了其在生物仿生领域的潜力。
液晶弹性体 氧化石墨烯 复合膜 可逆形变 响应性能 liquid crystal elastomer graphene oxide reversible deformation response properties
东南大学 化学化工学院, 江苏 南京 211189
近年来, 碳纳米管/液晶弹性体复合材料凭借其稳定高效的光热性能, 成为目前刺激-响应液晶弹性体领域的一个重要研究方向, 但目前研究者大多重点关注其光响应行为及使用场景, 并未系统研究碳纳米管对液晶弹性体材料力学性能的影响。本文通过物理掺杂的方法制备了不同质量分数的碳纳米管/液晶弹性体复合材料, 并利用傅里叶红外光谱、差示扫描量热仪、广角X射线衍射仪、动态热机械分析仪等对制备的复合材料进行热学、液晶性质和力学性能的表征及分析。实验结果表明, 碳纳米管的掺杂量对复合材料的力学性能有明显影响, 其中掺杂质量分数8%的单壁碳纳米管的液晶弹性体复合材料的力学性能最为优异。在30 ℃时, 断裂强度为5.62 MPa, 断裂伸长率为182%; 在85 ℃(清亮点温度之上)时, 其断裂强度为1.62 MPa, 断裂伸长率为89%。相对于纯液晶弹性体薄膜材料而言, 质量分数8%碳纳米管的液晶弹性体复合材料的断裂强度接近纯液晶弹性体薄膜的3倍, 且可以实现最大收缩率为45%的可逆伸缩形变, 在人造肌肉、软体机器人等智能材料领域表现出有良好的应用前景。
液晶弹性体 碳纳米管 力学性能 复合材料 可逆形变 liquid crystal elastomer carbon nanotube mechanical property composite material reversible deformation
北京理工大学仿生机器人与系统教育部重点实验室, 北京 100081
介电弹性体具有结构紧凑、形变量大、响应速度快及易集成等特点,为了降低驱动电压,将介电弹性体应用于液体透镜中,采用介电弹性体和透镜薄膜分离结构,建立了介电弹性体主动薄膜变形、透镜薄膜变形以及液体透镜焦距的数学模型。仿真结果表明,当初始液体压力为500 Pa、驱动电压为1000 V时,液体透镜的变焦范围为15.13~22.80 mm,焦距增加了为51%。分析了介电弹性体的杨氏模量、残余应力、初始厚度及半径对液体透镜焦距的影响,结果表明,同等增加倍率下,介电弹性体的初始厚度对液体透镜焦距的影响最大,其次为残余应力,该研究结果可为优化设计介电弹性体驱动的液体透镜提供参考。
自适应光学 介电弹性体 液体透镜 主被动薄膜 变形轮廓
新疆大学 电气工程学院，新疆 乌鲁木齐 830047
设计了一种基于介电弹性体阵列的风力能量转化装置，装置包括风车、曲轴、介电弹性体薄膜、外壳、轴承、夹具、电刷、高压发生器、电缆等。其中，风车的转轴与曲柄连杆的主轴颈连接，连杆轴颈上安装轴承，轴承外侧180°对向设置固定介电弹性体的夹具；介电弹性体另一侧同样使用夹具固定在外壳内表面，设置多段连杆轴颈，始终处于相同拉伸状态的介电弹性体发电单元并联组成一组发电阵列，提高单次发电量。本装置基于单个介电弹性体组成介电弹性体阵列，在1个周期内依次进行电能的转化。实验结果表明，在材料应变量达230%，充电电压为925 V时，单个周期内的发电量可达到17.06 mJ,为介电弹性体阵列大规模发电的应用提供参考。
介电弹性体 阵列 微型发电机 材料发电 能量转换 dielectric elastomer array micro generator material power generation energy conversion
