双层异质碳基/高分子复合致动材料:结构调控及大形变与复杂形变研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51773039
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0307.智能与仿生材料
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Thermal-driven actuator materials based on carbon nanotube or graphene can demonstrate obvious deformation under light or electrical stimulation. They have become one of the hot topics in the field of intelligent materials. However, there are still some scientific problems in this kind of material, which are needed to be solved urgently. For example, the actuation is caused by the difference in the thermal expansion of the bilayer structure. If the actuation mechanism is only limited to thermal expansion, it is very difficult to further increase the deformation. Furthermore, complex deformation is difficult to be realized by the simple bilayer structure. These issues together constrain the further development of this kind of material. This project aims to seek a breakthrough in the actuation mechanism. We propose a dual-mode actuation mechanism including “thermal expansion” and “thermal-dehydration contraction”. We construct an actuator material based on bilayer heterogeneous carbon-based composite, so that it is expected to show large deformation: one layer of humidity-sensitive material based on graphene oxide / polymer composite is introduced into the bilayer structure, while the other layer of thermal-expansion material based on high-orientation carbon nanotube / polymer composite is also introduced into the bilayer structure. The microstructure evolution of humidity-sensitive material during hydration / dehydration process and its relationship with temperature or humidity are studied. The intrinsic actuation mechanisms of material deformation are investigated. The relationship between the anisotropy and the deformation property of the material is also studied. The material is modified and optimized by theoretical simulation together with experiment. In the end, the controllable fabrication of actuator material with large deformation and complex deformation will be realized. The research results will have a broad application prospects in the fields of artificial muscle, robot, bionics and so on.
基于碳纳米管/石墨烯的热致动材料可在光/电刺激下产生明显形变,近年来成为智能材料领域的关注热点之一。然而仍有若干科学问题亟待解决,例如:形变是由双层结构热膨胀量不同导致,若仅局限于热膨胀原理,欲再增大形变非常困难;另外,简单双层结构难以实现复杂形变。这些问题共同制约了该类材料的发展。本项目拟在形变机制上寻求突破,提出“热膨胀”与“受热失水收缩”的双重驱动机制,构建双层异质碳基复合致动材料,则其有望展现大形变:双层结构中的一层引入基于氧化石墨烯/高分子复合材料的湿度敏感材料,另一层引入基于取向碳纳米管/高分子复合材料的热膨胀材料。拟研究湿度敏感材料吸水/失水过程的微结构演变及其与温度、湿度的关系;研究材料形变的内在机制;研究材料各向异性与形变性能的关系;通过理论结合实验对材料结构进行调控优化;最终实现可控制备具有大形变和复杂形变的致动材料。成果在人工肌肉、机器人、仿生学等领域将有广阔应用前景

结项摘要

基于碳纳米管/石墨烯的热致动材料可在光/电刺激下产生明显形变,近年来成为智能材料领域的关注热点之一。然而仍有若干科学问题亟待解决,例如:形变是由双层结构热膨胀量不同导致,若仅局限于热膨胀原理,欲再增大形变非常困难;另外,简单双层结构难以实现复杂形变。这些问题共同制约了该类材料的发展。本项目在形变机制上寻求突破,利用“热膨胀”与“受热失水收缩”的双重驱动机制,提出激光打印、水愈合与水焊接等制备方法,构建双层异质或单层非对称表面结构的碳基/高分子复合致动材料,研究材料微结构演变及其与温度、湿度的关系,研究材料形变的内在机制,成功制备了具有大形变与可编程复杂形变的致动器。此外,还开拓性地在多功能致动器方面进行了探索研究。我们的研究为碳基/高分子复合致动材料的制备与应用提供了新的思路,成果在人工肌肉、软体机器人、仿生学等领域将有广阔的应用前景。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(11)
Multi-functional light-driven actuator with integrated temperature-sensing function based on carbon nanotube composite
基于碳纳米管复合材料的集成温度传感功能的多功能光驱动执行器
  • DOI:
    10.1039/d0nr09210j
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Nanoscale
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Yiwen Xiao;Jian Lin;Jing Xiao;Mingcen Weng;Wei Zhang;Peidi Zhou;Zhiling Luo;Luzhuo Chen
  • 通讯作者:
    Luzhuo Chen
Pressure-Perceptive Actuators for Tactile Soft Robots and Visual Logic Devices
用于触觉软机器人和视觉逻辑设备的压力感知执行器
  • DOI:
    10.1136/bmjopen-2019-030739
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Advanced Science
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Peidi Zhou;Jian Lin;Wei Zhang;Zhiling Luo;Luzhuo Chen
  • 通讯作者:
    Luzhuo Chen
Programmable and self-healing light-driven actuators through synergetic use of water-shaping and -welding methods
通过协同使用水成型和焊接方法实现可编程和自愈光驱动执行器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Mingcen Weng;Yiwen Xiao;Liqiang Yao;Wei Zhang;Peidi Zhou;Luzhuo Chen
  • 通讯作者:
    Luzhuo Chen
Long-lasting and easy-to-use rewritable paper fabricated by printing technology
采用印刷技术制造的持久且易于使用的可重写纸张
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    ACS Applied Materials & Interfaces
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Luzhuo Chen;Mingcen Weng;Feng Huang;Wei Zhang
  • 通讯作者:
    Wei Zhang
Light- and humidity-driven actuators with programmable complex shape-deformations
具有可编程复杂形状变形的光和湿度驱动执行器
  • DOI:
    10.1016/j.snb.2018.11.067
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Sensors and Actuators B: Chemical
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Luzhuo Chen;Mingcen Weng;Feng Huang;Wei Zhang
  • 通讯作者:
    Wei Zhang

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其他文献

Nb二维原子薄片中的Jahn-Teller
  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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一种基于碳纳米管/高分子复合材料的流量控制致动器(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Acta Chimica Sinica
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    周智伟;李庆威;陈鲁倬;刘长洪;范守善
  • 通讯作者:
    范守善

其他文献

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柔性轻薄型碳纳米管基人工肌肉材料的制备和性能研究
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  • 批准年份:
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    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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