Ionic Liquid Crystal–Polymer Composite Electromechanical Actuators: Design of Two-Dimensional Molecular Assemblies for Efficient Ion Transport and Effect of Electrodes on Actuator Performance

材料科学 执行机构 电极 离子 复合数 聚合物 离子液体 离子键合 液晶 电活性聚合物 纳米技术 化学工程 复合材料 光电子学 有机化学 物理化学 电气工程 化学 工程类 催化作用
作者
Chengyang Liu,Masafumi Yoshio
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (21): 27750-27760 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acsami.4c03821
摘要

We present the development of free-standing ionic liquid crystal-polymer composite electrolyte films aimed at achieving high-frequency response electromechanical actuators. Our approach entails designing novel layered ionic liquid-crystalline (LC) assemblies by complexing a mesomorphic dimethylphosphate with either a lithium salt or a room-temperature ionic liquid through the formation of ion-dipole interactions or hydrogen bonds. These electrolytes, exhibiting room-temperature ionic conductivities on the order of 10-4 S cm-1 and wide LC temperature ranges up to 77 °C, were successfully integrated into porous polymer networks. We systematically investigated the impact of ions and electrodes on the performance of ionic electroactive actuators. Specifically, the Li+-based liquid crystal-polymer composite actuator with PEDOT:PSS electrodes demonstrated the highest bending deformation, achieving a strain of 0.68% and exhibiting a broad frequency response up to 110 Hz, with a peak-to-peak displacement of 3 μm. In contrast, the ionic-liquid-based liquid crystal-polymer composite actuator with active carbon electrodes showcased a bending response at a maximum frequency of 50 Hz and a force generation of 0.48 mN, without exhibiting the back relaxation phenomenon. These findings offer valuable insights for advancing high-performance electromechanical systems with applications ranging from soft robotics to haptic interfaces.
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