PVDF有望制造“人造肌肉”

　　本文介绍了德克萨斯大学达拉斯分析的Voit博士的工作，在聚氟化乙二烯(PVDF)中融入碳纳米管和‘巴基球’，该成果或可用于“人造肌肉”和能量收集设备。

　　在这种新材料融入碳纳米管和‘巴基球’（黑点）能增强它的压电性能。

　　滤波器和滤波管中使用的高分子材料具有特殊的性质：它能在拉伸或挤压时放出电子。这项性质曾被低估了，并没有完全利用起来，但是最近，研究人员用人工方法提高了高分子材料纤维的物性，使之能释放出更多的电子，并在绿色能源和“人造肌肉”领域拥有更广泛的应用。该团队将在美国化学学会第249次国际会议上对这项成果做更详细的介绍。

　　“在过去的几年里，我们所做的工作都跟聚氟化乙二烯（PVDF）有关，”德克萨斯大学达拉斯分校（UTD）的博士研究生Walter Voit说道。“如果在特殊的条件下制备PVDF的话，我们可以将其制成压电材料，压电材料的意思就是在拉扯它的时候会产生电流，或是给材料加电压时，材料的形貌会改变。

　　PVDF和其他具有类似性质的材料已经被利用起来了，比如电子设备中的压力传感器和倾斜传感器。不过，它们的压电性能还有更广阔的应用前景，所带来的价值应该是远超现在已经利用了的。

　　Voit和维珍尼亚理工大学的博士生Shashank Priya合作，在这一方向上取得了突破。他们研发出了高分子的能量收集材料，该项目是能量获取材料和系统研究中心的国家科学基金项目“能量获取和运动控制技术研究”的一部分。

　　Voit实验室中的另一个博士生，Cary Baur，将有机纳米材料“巴基球”和单壁碳纳米管融入了PVDF中，使得PVDF的压电性能翻倍。巴基球是由碳原子组成的微小球体。巴基球和它的圆柱体变体具有很多有用的性质。

　　添加的碳纳米管增加了材料的电场强度，并让电场变得平稳。Voit告诉我们，实验结果表明，碳处理过的PDVF具有最佳的压电性能，并且这项成果马上就要发表正式的论文了。

　　而要将这种材料制成“人造肌肉”，这是对具有电流或温度应激性材料的一个非常贴切的称呼，Voit必须要增加这种材料的其他性能。恰巧，Voit的同事，Ray Baughman博士已经做过这方面的工作了。他将一束大概十根头发粗的尼龙纤维卷绕成了一根线，就像老式电话的软线一样，当然，尺寸要小得多。这种结构的材料能在加热时收缩超过50%，并且能承受16磅的拉力。

　　“效果就跟扭橡皮筋一样，”Voit说道。“拉它的时候也会发生形变，而且这时材料中的应力比在正常形态下的时候要大。”

　　Voit正在研究如何把类似的性质添加到它的PVDF碳纤维当中。“我们也得把它卷起来，”他说。“关键是怎么让它在卷起来之后仍然具有这么好的压电性能。我相信我们最终能够解决这一问题的。或许有一天，它能被用于制造人造肌肉，让假肢更接近正常的肢体。

　　Voit研发出来的材料的另一项可能的应用就是能量获取材料。波音公司为Voit的研究提供了一部分的资金支持，并且期待在飞机上使用这种材料，比如当乘客坐下，站起或在座位上调整姿势时，对飞机的设施，像头顶上的照明灯，做相应的调整。Voit说这会让飞机携带更少的电线，减轻重量，节约能量。

　　Voit还说到，他们将找到大批量生产这些材料的方法，让大型的能量收集装置和人造肌肉成为现实。