PVDF有望制造“人造肌肉”

　　本文介紹了德克薩斯大學達拉斯分析的Voit博士的工作，在聚氟化乙二烯(PVDF)中融入碳納米管和‘巴基球’，該成果或可用于“人造肌肉”和能量收集設備。

　　在這種新材料融入碳納米管和‘巴基球’（黑點）能增強它的壓電性能。

　　濾波器和濾波管中使用的高分子材料具有特殊的性質：它能在拉伸或擠壓時放出電子。這項性質曾被低估了，并沒有完全利用起來，但是最近，研究人員用人工方法提高了高分子材料纖維的物性，使之能釋放出更多的電子，并在綠色能源和“人造肌肉”領域擁有更廣泛的應用。該團隊將在美國化學學會第249次國際會議上對這項成果做更詳細的介紹。

　　“在過去的幾年里，我們所做的工作都跟聚氟化乙二烯（PVDF）有關，”德克薩斯大學達拉斯分校（UTD）的博士研究生Walter Voit說道。“如果在特殊的條件下制備PVDF的話，我們可以將其制成壓電材料，壓電材料的意思就是在拉扯它的時候會產生電流，或是給材料加電壓時，材料的形貌會改變。

　　PVDF和其他具有類似性質的材料已經被利用起來了，比如電子設備中的壓力傳感器和傾斜傳感器。不過，它們的壓電性能還有更廣闊的應用前景，所帶來的價值應該是遠超現在已經利用了的。

　　Voit和維珍尼亞理工大學的博士生Shashank Priya合作，在這一方向上取得了突破。他們研發出了高分子的能量收集材料，該項目是能量獲取材料和系統研究中心的國家科學基金項目“能量獲取和運動控制技術研究”的一部分。

　　Voit實驗室中的另一個博士生，Cary Baur，將有機納米材料“巴基球”和單壁碳納米管融入了PVDF中，使得PVDF的壓電性能翻倍。巴基球是由碳原子組成的微小球體。巴基球和它的圓柱體變體具有很多有用的性質。

　　添加的碳納米管增加了材料的電場強度，并讓電場變得平穩。Voit告訴我們，實驗結果表明，碳處理過的PDVF具有最佳的壓電性能，并且這項成果馬上就要發表正式的論文了。

　　而要將這種材料制成“人造肌肉”，這是對具有電流或溫度應激性材料的一個非常貼切的稱呼，Voit必須要增加這種材料的其他性能。恰巧，Voit的同事，Ray Baughman博士已經做過這方面的工作了。他將一束大概十根頭發粗的尼龍纖維卷繞成了一根線，就像老式電話的軟線一樣，當然，尺寸要小得多。這種結構的材料能在加熱時收縮超過50%，并且能承受16磅的拉力。

　　“效果就跟扭橡皮筋一樣，”Voit說道。“拉它的時候也會發生形變，而且這時材料中的應力比在正常形態下的時候要大。”

　　Voit正在研究如何把類似的性質添加到它的PVDF碳纖維當中。“我們也得把它卷起來，”他說。“關鍵是怎么讓它在卷起來之后仍然具有這么好的壓電性能。我相信我們最終能夠解決這一問題的。或許有一天，它能被用于制造人造肌肉，讓假肢更接近正常的肢體。

　　Voit研發出來的材料的另一項可能的應用就是能量獲取材料。波音公司為Voit的研究提供了一部分的資金支持，并且期待在飛機上使用這種材料，比如當乘客坐下，站起或在座位上調整姿勢時，對飛機的設施，像頭頂上的照明燈，做相應的調整。Voit說這會讓飛機攜帶更少的電線，減輕重量，節約能量。

　　Voit還說到，他們將找到大批量生產這些材料的方法，讓大型的能量收集裝置和人造肌肉成為現實。