High performance electrochemical and electrothermal artificial muscles from twist-spun carbon nanotube yarn

极限抗拉强度 材料科学 纱线 人工肌肉 复合材料 碳纳米管 扭转 执行机构 计算机科学 数学 几何学 人工智能
作者
Jae Ah Lee,Ray H. Baughman,Seon Jeong Kim
出处
期刊:Nano Convergence [Springer Nature]
卷期号:2 (1) 被引量:16
标识
DOI:10.1186/s40580-014-0036-0
摘要

Abstract High performance torsional and tensile artificial muscles are described, which utilize thermally- or electrochemically-induced volume changes of twist-spun, guest-filled, carbon nanotube (CNT) yarns. These yarns were prepared by incorporating twist in carbon nanotube sheets drawn from spinnable CNT forests. Inserting high twist into the CNT yarn results in yarn coiling, which can dramatically amplify tensile stroke and work capabilities compared with that for the non-coiled twisted yarn. When electrochemically driven in a liquid electrolyte, these artificial muscles can generate a torsional rotation per muscle length that is over 1000 times higher than for previously reported torsional muscles. All-solid-state torsional electrochemical yarn muscles have provided a large torsional muscle stroke (53° per mm of yarn length) and a tensile stroke of up to 1.3% when lifting loads that are ~25 times heavier than can be lifted by the same diameter human skeletal muscle. Over a million torsional and tensile actuation cycles have been demonstrated for thermally powered CNT hybrid yarns muscles filled with paraffin wax, wherein a muscle spins a rotor at an average 11,500 revolutions/minute or delivers 3% tensile contraction at 1200 cycles/minute. At lower actuation rates, these thermally powered muscles provide tensile strokes of over 10%.
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