客观日本

日本理研研究小组开发出随湿度变化而运动的作动器

2016年09月02日 化学材料

日本理化学研究所·突生软物质机能研究小组组长相田卓三(东京大学研究生院工学系研究科教授)等人的研究小组,日前开发出了能够感应微小湿度变化、实现半永久性弯曲运动的高分子薄膜作动器。

该作动器以环境中的湿度变化为能量源,未来有望在能够将人类体温(热能)等身边尚未利用的微量能源转换成电能的"能量采集技术"以及能源转换材料的设计领域发挥巨大作用。

作动器是指将外界的电力、压力、温度等能量转换为伸缩、弯曲、旋转等运动的装置或物质。过去也曾报道过随湿度变化而弯曲的材料,但感应灵敏度较差,必须具备高湿度条件,因此无法从日常环境中获取能源。

过去感应湿度变化的薄膜一般采用容易吸水的高分子材料,而研究小组此次逆向思维,选用了几乎不吸水的二维层状高分子材料石墨相氮化碳(Graphitic Carbon Nitride,g-C3N4)。但是该材料的构造中有一部分可以吸水,在形成薄膜时,可以向高分子的方向适当调整。

结果显示,该材料能够感应随湿度而变化的吸水量的微小变化,比过去的薄膜弯曲幅度更大、速度更快。它能够将局部的湿度变化高效转变为动能,因此能够感应到一般的湿度计无法测量的微小湿度变化。研究小组将薄膜的一部分进行金蒸镀,制成不会发生吸脱水的部位,成功开发出了以湿度变化为驱动力、能够自动地向一个方向自律性移动的作动器。

研究小组表示,由于吸水量受光和热的影响,因此还可以将环境中的各种"波动"转换成薄膜的运动能量。

日本理研研究小组开发出随湿度变化而运动的作动器

薄膜感应湿度变化并出现弯曲运动的样子。
湿度变高时,薄膜将向背面伸展(图自右向左)。湿度低时,薄膜将向表面弯曲(图自左向右)

新闻来源(日文)
http://www.riken.jp/pr/press/2016/20160719_1/

文/客观日本编辑部