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仿生高分子复合制动器研发成功

时间: 2013年01月17日 | 作者: | 来源: 环球科学
利用水梯度来运动的制动机,能有效地将水中存有的化学能转化为机械能,扩展了人类利用能量的能力。

 



新型制动机是由灰色的PYY和红色的PEE-borate网络复合材料组成
 
    大千世界,能量众多,但我们人类目前能利用的却只是太阳能、风能、地热等一小部分能量,如何才能搜集到更多琐碎的能量呢?之前王中林课题组以取得突破性进展,将压电材料应用到发电机中,将机械能转换为电能制成纳米发电机,到现在为止,最大输出电压以达到惊人的209V。而最近来自美国麻省理工大学综合癌症研究院、哈佛-MIT健康科学技术部和化学工程学院联合开发出一种新型的制动机。这种制动机能利用水梯度来运动,能有效地将水中存有的化学能转化为机械能,扩展了人类利用能量的能力。
    之前研究发现PPY(聚吡咯)作为一种电活性强的聚合物,是充当人造肌肉的理想材料,它能吸附水改变形状,可以驱动摇动液压缸,但是这种制动机产生很小的机械力或能量。
现在他们受生物学里面真皮构造的启发,众所周知,动物真皮由坚硬的胶原纤维和富有弹性的弹性纤维网络构成。基于此,他们将坚硬PPY(聚吡咯)和柔性polyol-borate(羟基长链硼酸盐)网络组成,当遇到水时,PPY发生体积变化,羟基长链硼酸盐和PPY之间由于氢键的作用而调整分子间高分子复合物的填充物,从而改变其对水响应的机械性能,这种复合结构就会因环境湿度发生快速、可逆和动态的收缩响应。它能产生27MPa的收缩应力,能提起比自身重量大380倍的物体,运输大于自身重量10倍的货物。
    这种制动机经过与有压电效应的PVDF高分子的结合,就可得到一种发电机。发电频率能达到0.3HZ,输出电压达到1.0V。如果将这种发电机与电容器相连,那么就能为微型和纳米电子器件供电。
    这种水梯度驱动的制动机和发电机有着非常大的潜在应用,可充当传感器、开关和低功耗器件的能量源。
 
(环球科学 黄晓强)
 
原文地址:http://www.sciencemag.org/content/339/6116/186.short
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