液态金属双流体机器人

自20世纪以来,机器人不断被广泛应用于生产制造、生活服务等诸多领域.传统刚性机器人受自由度限制,难以适应非结构化动态未知的复杂环境,而柔性机器人由于自身的灵活性以及对环境的适应性,在近年来引起广泛关注.室温液态金属兼具金属和流体的良好特性,如优良的导热性、导电性、流动性以及低毒性;同时,这类材料由于自身的柔性,在机器人领域的应用备受关注.典型的液态金属驱动方式主要有电驱动、磁场驱动和化学驱动,然而,它们大多需要在溶液环境中进行.从新的角度出发,本文提出了一种基于镓基液态金属双流体驱动的滚动机器人,通过液态金属在螺旋管中的运动实现对装置重心的改变,由此推动整个装置实现快速地滚动前行.这种双流体驱动方式利用液态金属密度大的特点,使得相应的液态金属机器运动摆脱了之前所依赖的溶液运行环境.本文针对基于镓基液态金属的双流体驱动,包括热驱动和化学驱动,从理论上分析了这两种不同的动力源工作方式,具体设计了原型实验装置.所开展的一系列概念性实验澄清了影响装置运动的各种因素,证实了双流体驱动方法的可行性和良好前景,可望为室温液态金属在机器人领域的应用提供一种新的思路.     

等离子体辅助原子层沉积过渡金属及其碳化物

过渡金属及其碳化物薄膜现已广泛应用于微电子、能源及催化等领域.等离子体辅助原子层沉积能够产生高活性的反应粒子,具有沉积温度低、反应充分等特点,能在复杂3D结构基底上制备连续、保形的高质量过渡金属及其碳化物薄膜.本文首先介绍了等离子体辅助原子层沉积技术的基本原理,然后综述了当前等离子体辅助原子层沉积制备金属及其碳化物的研...     

基于石墨烯/PEDOT:PSS复合材料制备的可穿戴柔性传感器

随着智能设备的普及,可穿戴电子设备呈现出巨大的市场前景.电阻式柔性应变传感器因具备较高的灵敏度与良好的生物兼容性等优点使其成为受关注的电学传感器.本文基于溶液共混法,制备一种新型的石墨烯(GR)/PEDOT:PSS多组分混合墨水材料,用直写喷墨打印技术制备了"电阻式"柔性应变传感器.该传感器以聚酰亚胺(PI)柔性薄膜为基底材料,以GR/PEDOT:PSS多组分混合墨水为导电材料,通过直写喷墨打印技术在柔性基底上打印导电图形.实验利用SEM、电学测试平台等表征手段分析了不同的GR掺加量对复合墨水材料性能与打印工艺的影响.实验结果表明:采用乙醇超声分散的GR材料可有效分布在PEDOT:PSS中,进而改善其在导电聚合物中的分散性;提高打印速率可明显降低线宽;随着GR掺加量的增大,柔性传感器阻值逐渐降低,器件的灵敏度下降;由此推断出相对疏松、分散性较好的墨水材料更有利于灵敏度的提高;提高柔性传感器的深宽比,可显著提高传感器的灵敏度.当弯折角度为80°时,电阻变化率(R/R0)最高为3.414,有望应用于柔性可穿戴设备新兴领域.     

具有自支撑结构的有机二维纳米材料研究进展

具有和石墨烯相似结构的自支撑有机二维纳米材料目前引起了科研人员的浓厚兴趣.这些二维材料具有优异的化学可剪裁性,预计未来在电子器件、有机催化和小分子分离等方面具有广泛的用途.本文首先系统地总结了常见的具有自支撑结构的有机二维纳米材料,进一步从自上而下和自下而上的两大类方法着手,介绍了目前常用的制备方法,然后对有机二维纳米材料在生物识别以及光电方面的应用进行了介绍,如生物分子识别、电子器件及荧光增强,最后讨论了目前有机二维纳米材料在制备和性质改进方面面临的问题和未来可能的重点研究方向.     

电化学三维微沉积技术及其研究进展

电化学沉积加工技术是一种以原子量级逐层堆叠方式来进行金属基材料制备与零件制造的特种加工技术,具有适用材料广、实施温度低(一般70℃以下)、应用形式灵活、易于控性控形、不受尺寸限制等优点,在面向金属微增材制造方面颇具发展潜能.本文主要介绍了以电化学沉积工艺为主体来制造三维金属微结构与零件的代表性技术,包括掩膜电沉积、即膜沉积、electrochemical fabrication(EFAB)、局域生长电沉积、喷射电沉积、电化学打印、月牙形电解液约束三维电沉积成形、电化学扫描隧道显微镜技术等,着重阐释了它们的工艺原理、关键技术、优势与不足以及存在的主要问题和挑战,并对该技术领域未来的发展趋势和研究重点进行了展望.     

基于电喷印集成制造阵列化嵌金属电极柔性微流体管道

微流控芯片在生物、化学、医学等领域受到了研究者们的广泛关注,尤其是含有金属电极的微流体管道在毛细电泳、电化学微量检测、生物医学工程和柔性电子领域具有广泛的需求前景.文章提出了一种简单按需制备阵列化嵌金属电极柔性微流体管道的方法.该方法基于电喷印直写技术并结合翻模和湿法刻蚀工艺,实现了嵌金属电极柔性微流体管道阵列的制备.首先,通过在线性转动接收基底上叠加直写聚乙烯醇(PVA)纤维,制备了可嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)的表面光滑的线性凸起微结构(线宽为10～100μm,高宽比可大于1:2),并以此作为模板,实现了阵列化柔性微流体沟道的制造;其次,通过在平动接收基底上直写光刻胶作为保护层,并结合湿法刻蚀工艺,实现了在含有微流体沟道阵列的柔性基底上金属图案化导电电极(线宽低至5μm)的灵活制造;最后,对通入不同浓度盐溶液的微流体管道进行电学测试,验证了其管道的导通性和金属电极的导电性.结果表明:基于电喷印的集成制造流程可以灵活、简单、高效、低成本的按需加工阵列化嵌金属电极柔性微流体管道,有望应用在生物医学工程和柔性电子等领域.     

ZnO基透明导电膜研究热点与发展趋势分析

在简要论述Zn O基透明导电膜发展现状基础上,重点讨论近年来Zn O薄膜的最新研究热点,包括在提高迁移率和载流子浓度、功函数、光学特性及表面形貌调控、湿热稳定性、柔性导电膜及超薄高性能薄膜制备等方面的最新研究动态.同时,分析了透明导电薄膜技术的应用及发展趋势,为实现Zn O基透明导电薄膜在薄膜太阳能电池、平板显示器等领域的实际应用提供理论依据与实验参考.     

材料与结构力学性能表征与测试 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室

正联系人:任会兰电话:010-68918315E-mail:huilanren@bit.edu,cn北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室爆炸与冲击动力学科研团队近年来结合先进装备的数字化设计,围绕混凝土、钢筋混凝土、陶瓷、钨合金、钨锆合金等具有重要应用价值材料的力学性能表征与测试开展了大量的研究工作;制备了金属基     

基于Te-PEDOT:PSS复合热电材料的柔性压力/温度传感系统

随着人工智能技术的快速发展,面向人机交互技术的新型柔性传感器的需求与日俱增.柔性传感器作为智能机械手、仿生假肢手等仿生智能系统获取外界信息的重要媒介,对实现仿生触觉感知能力以及提升系统智能化具有重要意义.当前,如何通过材料与结构设计,研制具有多模态感知能力的柔性触觉传感器,已成为柔性电子领域关键挑战之一.本文采用水热法制备了Te-聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(Te-PEDOT:PSS)复合热电材料.通过将其与三维多孔密胺泡沫骨架复合,并浸涂聚乙烯醇(PVA)薄层进行封装,实现了具有高界面稳定性的复合敏感材料体系可控制备.由此所组装的柔性触觉传感器件兼具Te-PEDOT:PSS的热电性能与三维泡沫电极板的电容性能,实现了压力/温度在接触/非接触模式下的双模态感知能力.进一步将其与智能机械手联用构建了感知反馈系统,对其在触觉感知方面应用性能进行了探索.     

室温离子液体在纳米材料制备中的应用

室温离子液体作为一种新型的优良溶剂,在纳米材料合成中具有诱人的应用前景.本文简要介绍了近几年来室温离子液体在单质、氧化物、硫化物、硒化物、碲化物和含氧酸盐等纳米材料制备中应用的一些研究进展,重点介绍了我们实验室最近有关微波辅助离子液体法快速制备一维纳米材料方面的研究工作,并讨论了室温离子液体在纳米材料制备过程中的主要作用.     

SPS过程中导电粉体的显微组织演变规律及机理

放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)是最近几年国际上兴起的粉末烧结新技术, 具有升温速度快、保温时间短、冷却迅速等独特优势, 尤其适于纳米及非晶块体材料、陶瓷和梯度材料等先进材料的制备. 然而, 与利用SPS技术探索新材料制备的实验报道相比, 有关其特殊烧结机制的研究极为缺乏. 基此, 选用导电的纯金属铜粉作为烧结原料, 设计了一系列烧结实验, 研究得出了SPS过程几个重要的特征烧结阶段及其中显微组织演变的规律. 提出了SPS过程中烧结体显微组织演变的“自调节机制”, 由此揭示了制备高致密度、均匀、细晶材料的SPS技术优势的内在机理; 还对SPS烧结体的致密化过程进行了定量预测, 实验测定值证实了模型预测结果.     

超低介电常数材料和多孔SiOCH薄膜

集成电路的特征尺寸将降低到0．1μm，这时器件内部金属连线的电阻和绝缘介质层的电容所形成的阻容造成的延时、串扰、功耗已经成为限制器件性能的主要因素。目前集成电路的金属连线价质层材料为铝／二氧化硅配置，用电阻更小的铜取代铝作金属连线，用低介电常数(低K)材料取代二氧化硅作介质层成为科学意义重要、应用价值巨大的研究课题，微电子器件正经历着一场材料的重大变革中。本文着重评述了纳米尺度微电子器件对低介电常数(低k)薄膜材料的要求，介绍了多孔硅基低k薄膜的研究进展。     

功能纳米材料-金属及其化合物纳米粒子功能化的胶体微球的合成

由于金属及其化合物纳米粒子具有独特的光学、电子、催化等性质,其成为了纳米材料领域研究的热点。但它们容易发生聚集、表面易被氧化等缺点也大大限制了其应用范围：而通过胶体粒子来稳定这些纳米粒子不仅可以大大提高金属及其化合物纳米粒子的分散性和稳定性,同时也可以利用胶体微球自组装的特性以及特殊的核壳结构来实现这些纳米粒子的规则排列和复合结构的构筑。本文介绍了国内外金属纳米粒子及其化合物功能化的胶体微球的制备的最新进展,并在最后就其发展作了展望。     

仿生触觉传感器研究进展

触觉传感器是仿生皮肤丰富感知能力特点的柔性电子器件和系统,在机器人触觉系统和人体健康检测两大领域有重要应用前景.前者赋予机器人触觉等通过非视觉方式感知环境的能力,后者通过柔性器件贴附在皮肤上实现对脉搏、血压、心电、肌电等生理健康参数检测.从柔性、自愈合电子材料的研究,到器件结构设计,再到多功能系统集成等几个方面,仿生触觉传感器件和系统不断迭代发展,凭借其柔软、可拉伸的特性,赋予人机交互器件的穿戴舒适感,也让许多传统的监测或佩戴设备更便携、更日常化,在医疗检测设备、可穿戴式电子设备、健康大数据等领域都展示出巨大的潜力和应用前景.本文回顾了近年来仿生触觉传感器领域的研究进展,并展望其未来发展和应用方向.     

超临界流体沉积技术在材料颗粒制备中的应用

超临界流体沉积技术是一项用于制备超细微粒的新技术.文中介绍了超临界溶液快速膨胀法,超临界流体抗溶剂沉淀法,压缩抗溶剂等方法在材料颗粒制备中的研究和应用,并对超临界流体技术进一步在纳米材料的制备进行了展望.     

超临界流体技术制备纳米材料进展

目前,已经有多种与超临界流体有关的技术用于纳米材料的制备。在这些技术方法中,超临界流体可以作为介质,也可以直接作为反应物来参与制备过程。超临界流体技术广泛应用于制备无机材料、有机材料、高分子聚合物、医药、电子等方面纳米级材料。本文概述了超临界流体制备纳米材料的研究和应用情况。     

PDMS/SiC功能梯度衬底3D打印制备和性能研究

针对当前柔性电子、电子皮肤、可穿戴电子、软体机器人等领域使用的衬底面临挑战性的难题:难以同时满足一侧具有很好的柔性而另一侧具有较高刚度(变刚度功能梯度特性),以及散热性能和材料生物兼容性差的问题,本文提出一种PDMS/SiC功能梯度衬底,以PDMS为基体材料, SiC为增强相(填料);并且SiC含量在PDMS基体中从一侧到另一侧逐渐增大,呈现连续功能梯度和变刚度特性.为了解决现有技术难以制造PDMS/SiC功能梯度衬底的问题,提出一种基于多材料主动混合3D打印制造新方法,它能实现PDMS/SiC功能梯度衬底高效低成本制造.通过实验揭示了打印速度、背压、打印平台加热温度等主要工艺参数对打印衬底质量和性能的影响及其规律.利用提出的制备方法并结合优化的工艺参数,制造出高性能的PDMS/SiC功能梯度衬底.与传统的PDMS衬底相比,新型衬底其热导率提高了2.5倍; SiC含量50%一侧的杨氏模量增加了2.9倍,电学性能稳定;而且新型衬底刚度的空间变化呈现连续梯度特性.实验结果显示, PDMS/SiC功能梯度同时具有较好的柔性和较高刚度,而且还具有优良的散热性能,良好的绝缘性和生物兼容性,变刚度功能梯度特性,为柔性电子、电子皮肤、可穿戴电子、软体机器人等领域亟需的新一代高性能衬底提供了一种新的解决方案.     

面向材料的超精密金刚石切削加工机理

采用超精密单点金刚石切削加工技术制备超光滑表面在国防尖端和航空航天等领域具有重要应用.当前缺乏对超精密加工机理的理解,极大地制约着超精密加工技术的提高.金刚石切削加工是一个刀具与材料高度耦合的过程,工件材料的性能对加工结果具有重要影响.本文研究了具有不同属性和微结构的典型材料超光滑表面的金刚石切削加工机理:(1)研究了多晶金属铜金刚石切削加工中的非均质特性,重点关注了晶界对表面创成的影响机制及其抑制策略;(2)研究了单晶硅和单晶碳化硅金刚石切削加工中的脆塑转变机理,重点关注了超声椭圆振动辅助切削加工技术对硬脆材料延性加工性能的提升;(3)研究了反应烧结碳化硅和铝基碳化硅金刚石切削加工中的各相材料协同加工变形机制,重点关注了振动辅助和切削路径对复合材料表面创成的影响规律.本文的研究成果为不同材料超光滑表面的超精密金刚石切削加工创成提供了理论依据.     

纳米材料技术的发展趋势和应用机遇

本文系统介绍了国际纳米材料和技术发展的最新态势,国内纳米材料研究最新进展包括准一维纳米材料（纳米丝、纳米管和纳米电缆）,纳米结构微阵列（氧化物、氮化物、半导体和金属）的合成技术,大块金属 陶瓷材料制备和力学性质的研究,超双亲超双疏自清洁材料以及纳米材料在传统产业和高科技产业中的应用。本文还对如何加快我国的纳米技术产业的发展提出了建议。     

“刚-柔”共融型仿生机器鱼

智能软材料以其高柔顺度、多功能、多物理场效应等优良行为得到了研究者们的关注.作为一类典型的智能软材料,介电高弹体(DE)具有电驱动大变形、快速响应、质轻价廉、生物亲和性好等优点,具有广阔的应用前景.该材料尤其适合作为人工肌肉应用到仿生机器人中,实现其结构柔软与大变形驱动.本文以蝠鲼为仿生原型,基于材料的电压驱动控制大变形机制,设计优化了一类介电高弹体薄膜面内驱动变形转化为扑动-波动混合型推进的驱动机构.将该机构用于胸鳍驱动的机器鱼系统,通过电子器件-刚性结构-柔性材料的融合集成,成功设计了一种材料与结构"刚-柔"共融型仿生机器鱼,并开展了相应的性能测试和功能集成."刚-柔"共融型仿生机器鱼通过分别独立控制两个胸鳍机构,可实现良好的机动性能;并利用高分子材料特性,可实现结构柔软与全透明化等优异的环境适应性能.该研究结果和机构设计原理将有望为"刚-柔"共融型机器人和仿生机器人的研究与应用提供参考.