Nanostructured block copolymer muscles

共聚物 材料科学 执行机构 人工肌肉 韧性 制作 聚合物 无定形固体 纳米技术 复合材料 纳米结构 纳米尺度 旋转(数学) 计算机科学 结晶学 医学 病理 人工智能 化学 替代医学
作者
Chao Lang,Elisabeth C. Lloyd,Kelly E. Matuszewski,Yifan Xu,Venkat Ganesan,Rui Huang,Manish Kumar,Robert J. Hickey
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:17 (7): 752-758 被引量:148
标识
DOI:10.1038/s41565-022-01133-0
摘要

High-performance actuating materials are necessary for advances in robotics, prosthetics and smart clothing. Here we report a class of fibre actuators that combine solution-phase block copolymer self-assembly and strain-programmed crystallization. The actuators consist of highly aligned nanoscale structures with alternating crystalline and amorphous domains, resembling the ordered and striated pattern of mammalian skeletal muscle. The reported nanostructured block copolymer muscles excel in several aspects compared with current actuators, including efficiency (75.5%), actuation strain (80%) and mechanical properties (for example, strain-at-break of up to 900% and toughness of up to 121.2 MJ m−3). The fibres exhibit on/off rotary actuation with a peak rotational speed of 450 r.p.m. Furthermore, the reported fibres demonstrate multi-trigger actuation (heat and hydration), offering switchable mechanical properties and various operating modes. The versatility and recyclability of the polymer fibres, combined with the facile fabrication method, opens new avenues for creating multifunctional and recyclable actuators using block copolymers.
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