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Tough and High‐Force‐Output Liquid Crystal Elastomers as Soft Artificial Muscles for Macroscopic Mechanical Work

材料科学 弹性体 人工肌肉 软机器人 液晶 工作(物理) 气动人工肌肉 变形(气象学) 复合材料 机械工程 智能材料 形状记忆合金 纳米技术 软质材料 执行机构 电压 聚氨酯 机械能 软物质 机械系统 弹性(物理) 仿生学 机械强度 机制(生物学) 电动机 压力(语言学)
作者
Dongning Gao,Hongmiao Tian,Hongquan Pan,Yingze Li,Ruojun Yi,Yawen Shao,Yanan Peng,Qiurui Zhang,Duorui Wang,Xiangming Li,Xiaoliang Chen,Chunhui Wang,Qiguang He,Jinyou Shao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.77804
摘要

ABSTRACT Liquid crystal elastomers (LCEs) are regarded as promising artificial muscles with potential applications in rehabilitation therapy, robotic systems, and other fields owing to their excellent stimulus responsiveness. However, most studies have focused on the deformation behavior or conventional mechanical properties of LCEs for developing soft devices, with relatively little attention paid to their actuation capabilities. If LCEs can stably generate actuation forces during stimulus‐response processes in macroscopic applications, they could serve as potential alternatives to motors in driving mechanical systems, thereby advancing the development of LCE‐based technologies. Here, we report tough and high‐force‐output liquid crystal elastomers (THFO‐LCE) constructed through an interpenetrating network of polyurethane oligomer and LCE matrices. The THFO‐LCE exhibits exceptional toughness, capable of supporting up to 1.09 × 10 4 times its own weight. The THFO‐LCE sample with a cross‐sectional area of 6.37 mm 2 generates an actuation force of 7.8 N. Its actuation stress (1.2 MPa) remains nearly constant over a cross‐sectional area range of 0.33–6.37 mm 2 . Furthermore, the THFO‐LCEs can propel a model car forward, demonstrating their potential to replace electric motors and highlighting their broad applicability for flexible actuation systems and next‐generation soft robotics.
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