Direct ink writing of polymer matrix composite with carbon for driving a flexible thermoelectric actuator of shape memory polymer

材料科学 执行机构 复合数 聚合物 聚二甲基硅氧烷 复合材料 形状记忆聚合物 碳纳米管 墨水池 电活性聚合物 纳米技术 纳米材料 渗流阈值 电阻率和电导率 计算机科学 电气工程 工程类 人工智能
作者
Chin‐Tai Chen,Zhenglin Chen
出处
期刊:Materials today communications [Elsevier BV]
卷期号:38: 108303-108303 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.mtcomm.2024.108303
摘要

Carbon nanomaterials and polymer composites that possess excellent electrical and mechanical properties for soft robots have been investigated over decades in multidisciplinary research fields. As considering the incorporation of carbon into polymer composite, several major concerns include the electrical conductivity, elastic module, and manufacturing flexibility that can enable them to satisfy various functions such as actuation and sensing. In this paper, we report a comprehensive study on how to design and fabricate a soft gripper based on carbon polymer matrix composite and multilayer structure through multistep processes of 3D printing on paper. Using commercial conductive additives of graphene and carbon nanotube with polydimethylsiloxane (PDMS), a polymer matrix composite (PMC) was prepared for the ink of direct ink writing (DIW) with percolation conductivity. Additionally, a shape memory polymer (SMP) was utilized for fused deposition modeling (FDM) of a thermal actuator. Incorporating the DIW of PMC with the FDM of SMP on paper, a soft gripper with four fingers was designed and fabricated to show remarkable thermoelectrical actuation for grasping a 50 mm-diameter 10 g-weight spherical ball. In the future, it would provide an alternative approach for the fields of science and engineering, such as nanomaterials and nanotechnology, space applications, sustainable soft robots, and flexible autonomous systems.
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