螺旋输送杆螺旋螺杆单悬臂螺

　　刚度可调原料因其正在呆板本能上的圆活性和适当性，希望利用于柔性呆板人、生物支架以及智能防护等规模。比方，商酌职员以液体金属和白腊为应变局部层原料，造备了柔性气动驱动器。通过厘革应变局部原料的温度，完成刚度调控（基于固-液相变转换），从而提拔驱动器的负载才能和驱动变形对象。

　　然而，以往报道的刚度可调原料的韧性较低、无法自修复且正在低刚度时是液态，晦气于提拔驱动器的力学坚固性、负载才能以及耐用性。比拟于相变原料，基于高密度键汇集的超分子塑料拥有刚度可调且自修复的上风，但仍无法两全常温下的高刚度、高韧性以及高温下的保形性（正在低刚度形态下的蠕变才能弱）。这紧倘若因为这几项本质对分子间互相效用以及分子链动态性的条件不类似导致。比方，高刚度条件分子链运动受限，而自修复性必要高的分子链动态性以利于组织重组；低刚度下的保形性条件具备肯定的长久交联点，但这势必会影响自修复本能。是以，开辟新的政策，同时完成高刚度可调周围、自修复性、高韧性和高温下的低蠕变才能是一项苛重且艰难的离间。

　　克日，南京理工大学化学与化工学院傅佳骏/姚博文团队针对力学刚度可调的高分子塑料正在可拉伸性、韧性以及自修复性上的不敷题目，提出基于强静电互相效用与高密度氢键协同的超分子效用交联汇集，造备了兼拥有高模量、高韧性、高可拉伸性、刚度可调性以及较低温度下的修复性的超分子塑料，并研究了其正在多模态气动柔性驱动器中的利用。闭联就业宣布以题Ultra-Tough, yet Rigid and Healable Supramolecular Polymers with Variable Stiffness for Multimodal Actuators宣布于化学规模顶刊Angew. Chem. Int. Ed.上（DOI: 10.1002/anie.202410693）。论文第一作家为南京理工大学硕士商酌生荆佳杰，通信作家为傅佳骏熏陶和姚博文副熏陶。

　　为知道决该题目，论文提出了一种新的分子计划政策：向高密度氢键汇集引入拥有强静电互相效用的离子对（二羟甲基丙酸和三乙胺的复合物，DMPA:TEA）（图1）。所造备的超分子塑料（SP）兼具多项优异的呆板本能，席卷高模量、高韧性、高可拉伸性、刚度可调性以及较低温度下的修复性（图2）。

　　图1. 超分子塑料的组织与力学本能示希图。SP0%和SP10%永别为高密度氢键交联汇集和静电-高密度氢键双交联汇集。

　　正在机理上， 通过分子密度泛函表面模仿、动力学模仿和红表光谱等权谋说明，DMPA:TEA离子对能够供给强的静电互相效用，造成强的离子簇（二聚体的造成能：−48 kJ mol−1），同时其会与氨基甲酸酯中的N-H基团造成强氢键（−69 kJ mol−1），强于编造内原先的氢键（−34 kJ mol−1和−23 kJ mol−1）（图3a-c）。强互相效用能够动作坚固的交联位点，包管原料正在表力下的组织完全性。

　　与此同时，固然引入了强互相效用，但因为编造中异氰酸酯单体的错误称组织以及TEA的大的分子体积，聚氨酯依旧呈现出无定型性，没有分明的结晶峰浮现（图3d）。是以，高密度的氢键（氨基酸酯-氨基甲酸酯以及氨基甲酸酯-醚之间的氢键）能够动作能量耗散单位，提拔原料韧性，同时包管了原料杰出的动态性，席卷正在较低温度周围下的刚度可调性和自修复才能。

　　终末，为表示该原料优异的力学本能，商酌职员以其动作应变局部层，造备了应变局部层可调控且可修复的气动驱动器。该气动驱动器采用纤维巩固型组织。此中，气动腔体采纳单腔室圆形组织，应变局部单位席卷巩固纤维（kevlar纤维）和应变局部层（超分子塑料）。基于巩固纤维正在宏观构造方法的可重构性（巩固纤维可采用单螺旋、双螺旋等差别纠缠方法）和应变局部层正在分子标准上的杰出动态性（刚度可调）两者的协同管造，气动驱动器正在简单腔室和简单气动源的输入下，即可完成杰出的多模态运动能和运动形式转换。比方，其能够被管造来施行各样各样的运动，席卷弯曲（以差其余角度和朝向差其余对象）、伸张、扭曲及其耦合运动。同时，应变局部层的高刚度和自修复才能明显提拔了驱动器的负载才能和耐用性。比拟而言，之前报道的多模态气动驱动器民多基于多腔室组织，且缺乏自修复才能或者其自修复只限于弹性体的修复，而刚性的硬质组分无法修复。是以，基于以上优异的本质，本论文开辟的多模态柔性驱动器希望同步提拔气动呆板人的圆活度和坚固性，从而利用于生物医疗（如功用巩固假肢）和人-机交互（如多模态触觉手套）等规模。

　　该项就业基于强静电和高密度氢键的协同，造备了兼拥有高模量、高韧性、高可拉伸性、刚度可调性以及较低温度下的修复性的超分子塑料。然而，与其它超分子塑料相仿，其仍然拥有较低的化学情况耐受性，如对有机溶剂的耐受才能较差。若何通过分子组织计划，从基础上处理其情况耐受性与动态性之间的本征冲突，是其完成贸易化利用的条件条目。

　　与此同时，正在论文中，已阐明基于超分子互相效用的动态性与纤维巩固型气动驱动器中纤维的宏观组织可重构性两者的协同，能够提拔柔性驱动器的多模态运动才能、高耐用性和自修复性。然而，各运动模态之间的转换速率较低（1 min），这紧要受造于超分子的温敏性以及器件的组织计划。基于原料以及器件组织的进一步计划，希望低落响适时辰，提拔器件模态转换速率。终末，多模态柔性气动驱动器正在人-机交互利用方面的工程题目（如多模态触觉手套）也必要进一步商酌。