近日，我校材料與化學(xué)工程學(xué)院郭東杰教授課題組在國際知名期刊《Nature Communications》上發(fā)表了題為“Polyvinyl chloride-based dielectric elastomer with high permittivity and low viscoelasticity for actuation and sensing”（用于驅(qū)動(dòng)和傳感的低粘彈性、高介電性聚氯乙烯介電彈性體）的研究論文。我校材料與化學(xué)工程學(xué)院為第一完成單位，我校研究生黃建建同學(xué)為論文的第一作者，鄭州輕工業(yè)大學(xué)郭東杰教授為第一通訊作者。迄今為止，研究成果是首次以我校第一作者、第一單位發(fā)表在該刊物上。
氰乙基纖維素/聚氯乙烯凝膠（CEC/PVCg）的制備、組裝及驅(qū)動(dòng)/傳感示意圖
介電彈性體廣泛用于制備柔性聚合物電驅(qū)動(dòng)器和傳感器。局限于低的介電常數(shù)，現(xiàn)有的聚合物驅(qū)動(dòng)器往往需要高的電場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)。同時(shí)，常規(guī)聚合物驅(qū)動(dòng)器與傳感器還存在應(yīng)力松弛、蠕變等粘彈性負(fù)面因素。這里，作者發(fā)現(xiàn)腈基化纖維素與塑化聚氯乙烯的復(fù)合凝膠具備良好的介電性能（其介電常數(shù)18.9 @1 kHz，為美國3M丙烯酸彈性體VHB 4910的4-5倍、美國Dow Corning硅橡膠Sylgard186的8-9倍），且其粘彈性小，機(jī)械損失低（0.04 @1 Hz），遠(yuǎn)低于常規(guī)的VHB彈性體。因此，組裝柔性電驅(qū)動(dòng)器后，展現(xiàn)出了理想的力學(xué)輸出性能：長時(shí)間工作（3600秒）位移漂移僅為7.78%，遠(yuǎn)低于VHB彈性體的136.09%；單片薄膜（~500 μm厚）即可舉起300 gf的重物。柔性傳感器也展現(xiàn)出了理想的線性區(qū)間、靈敏度和信噪比，借助于藍(lán)牙和單片機(jī)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了大位移的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)。該項(xiàng)工作為聚合物驅(qū)動(dòng)器和傳感器的閉環(huán)控制提供了可行策略，產(chǎn)品在人工肌肉和電子皮膚等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用空間。
此項(xiàng)研究成果得到了國家自然科學(xué)基金(U1704149、52275295)，中原科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才(234200510026)的支持。（通訊員：郭東杰）
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-37178-5
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