聚苯胺/还原氧化石墨烯/碳纳米管复合材料用于执行器集成传感与储能

摘要整理

碳基软执行器虽已取得显著进展，但与生物肌肉相比仍存在功能单一、智能化程度不足的问题。本研究充分利用聚苯胺/还原氧化石墨烯/碳纳米管（PANI/RGO/CNT）复合材料的多功能特性，设计制备了具有自供电温度传感功能的智能夹爪。首先，PANI/RGO/CNT复合材料具有低热膨胀系数（CTE）和负温度电阻特性，与高CTE聚合物复合构建多功能双层执行器，温度电阻系数达2364 ppm K⁻¹。在300 mW cm⁻²光照辐照下，执行器表面温度升高48.8 °C，弯曲曲率达0.86 cm⁻¹，电阻变化率为−6.1%。其次，PANI/RGO/CNT复合材料具有大面积比电容（165.8 mF cm⁻²）的优势，通过巧妙的结构设计可构建集成双层执行器与储能模块的混合器件，用作可变形超级电容器。最后，基于多功能双层执行器与集成双层执行器在结构和驱动机制上的相似性，提出具有自供电温度传感功能的智能夹爪，可在抓取物体时实时反馈温度变化。该设计在不增加结构复杂性的前提下实现了执行器的多功能性，充分体现了在软执行器设计中融合传感与储能功能的优势。所开发的PANI/RGO/CNT复合材料在智能执行器、可变形超级电容器和人工肌肉等领域具有重要应用潜力。

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