蘭州化学物理研究所、3Dプリント紙ベースの光熱可逆駆動装置の研究を進展

蘭州化学物理研究所、3Dプリント紙ベースの光熱可逆駆動装置の研究を進展
アクチュエータは、外部信号源の刺激を受けて変位応答を生成したり、機械的出力を提供したりできるデバイスです。このデバイスは、所定の手順に従って、電気、熱、光などの他の形態のエネルギーを機械的エネルギーに変換します。近年、軽量、低コスト、曲げやすさなどの特長を持つフレキシブル紙アクチュエータが注目を集めています。しかし、紙ベースの材料は耐水性、耐溶剤性、耐熱性が低いため、紙基板上に構造化された駆動デバイスをどのように作製するかが開発のボトルネックとなっています。

最近、中国科学院蘭州化学物理研究所の材料表面界面研究グループは、3Dプリント技術を使用して、紙ベースの光熱駆動デバイスの迅速な製造を実現しました。研究者らは、優れた光熱効果を持つ多層カーボンナノチューブ(MWCNT)をポリ乳酸(PLA)に注入してMWCNT-PLA複合フィラメントを開発し、熱溶解積層法(FDM)積層造形法を用いて一般事務用紙に印刷し、紙ベースの二層構造アクチュエータを作製した。また、アクチュエータの二層構造の安定性、機能層複合材料の印刷層の厚さと印刷層構造設計がアクチュエータの作動効果に与える影響、近赤外線(NIR)光誘起機械応答挙動に影響を与える要因などについても詳細な研究を行った。 3Dプリント技術の自由な設計と製造を活用し、バイオニック構造設計の原理に基づいて、NIRレーザーの制御下にあるバイオニック花びらアクチュエータによる花の開閉の可逆的なプロセスを研究し、シミュレーションしました。


3D プリントされた紙ベースの二重層ブレーキと、バイオニックな花の形をしたブレーキの開閉プロセスの概略図。この研究は最近、J. Mater. Chem. C (2018, 6, 2123-2131) に掲載されました。研究グループは最近、高度な積層造形技術を使用して磁気駆動装置の組み立て不要の製造を行うことも報告しました (Adv. Mater. Interfaces, 2017,4, 1700629)。 3Dプリントされた柔軟な光学、磁気、その他の駆動装置の構築に関する研究は、インテリジェント機械、ロボットなどの曲げ、変形、貨物輸送機能を実現するための研究と応用に新しい構築方法とソリューションを提供します。上記の研究は、中国国家自然科学基金 (51775538、51573199)、甘粛省科学技術計画 (17JR5RA318、1606RJZA051)、中国科学院「西の光」人材育成プログラムにより資金提供および支援を受けました。

出典:固体潤滑国家重点実験室


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