基于石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜的电热执行器研究

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执行器是一种能够将各种类型的输入能量(热能、光能、磁能、电能等)转化为动能的器件,在人造肌肉,仿生机器人,生物医疗设备,微型开关和传感器等领域中的得到了广泛应用。在各种类型的执行器中,电热执行器由于操作简单,应用范围广泛而获得了充分关注。近些年来,随着碳纳米管和石墨烯等材料被发现,基于这些柔性导电材料的柔性电热执行器得以实现和发展。与传统的硅基电热执行器相比,柔性电热执行器具有更多的自由度,可以以较简单的方式实现更复杂的运动,有望在仿生学领域得到更多的应用。但是,由于碳纳米管和石墨烯都具有较高的本征电阻,基于这些导电材料的电热执行器通常需要较高的驱动电压。且采用传统的化学气相相沉积法制备材料成本较高,不适用于大规模的生产应用。在本文中,展示了一种基于激光还原氧化石墨烯/银纳米颗粒复合材料的低电压,大应变柔性电热执行器。通过向石墨烯中加入银颗粒,有效地降低了复合材料的本征电阻,且制备工艺简单,成本较低。与其他已报道的电热执行器相比,本文中的激光还原氧化石墨烯/银纳米颗粒柔性电热执行器具有响应速度快、驱动电压低、弯曲角度大等优点。在28伏的驱动电压下,执行器在6秒内获得了192°的弯曲角度,弯曲角度可以通过驱动电压精确控制,并利用柔性电热执行器制备了可以抓取物体的机械臂。最后,分析了影响电热执行器性能的各种因素,提出了优化的方向。低电压驱动石墨烯执行器的实现对促进石墨烯基柔性电热执行器的发展具有重要意义,在柔性机械系统中具有广泛的应用前景。
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