Electrically Driven Chemomechanical Polymer Gels as Artificial Muscle

作为人造肌肉的电驱动化学机械聚合物凝胶

基本信息

项目摘要

We have developed a new type of electrically-driven chemomechanical system which shows quick responses with motility. The principle of this movement is based on an electrokinetic molecular assembly reaction of solvated cationic surfactants, N-dodecylpyridinium chloride (C12PyCl), onto the crosslinked polymer gel mode from poly(2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid)(PAMPS), which is essentially a stoichiometric ion exchange reaction characterized by two processes. One is electrostatic salt formation of surfactant molecules with oppositely-charged sulfonates in the gel (initiation prosecc). The other is a hydrophobic interaction between bound surfactant, which stabilizes the aggregate in such as settle at the adjacent to the already occupied site along the polymer chain (propagation process). The latter is called as "cooperative process". Here, the electric field drives and controls the direction of the equilibrium to give anisotropic binding, i.e., when the dc.voltage is turned on, the surfactant molecules move towards the cathode by electrophoresis and bind with the gel preferentially on the side of the PAMPS gel strip facing the anode. This causes an anisotropic contraction of the gel and bending towards the anode. Thus, a swinging of the gel was performed by applying electric field changing its polarity every two seconds. The motility of the gel is gentle and flexible and can serve as a new class of soft actuator or molecular machine different from hydraulic engine and metallic machine.
我们已经开发了一种新型的电动化学力机械系统,该系统显示出具有运动性的快速响应。该运动的原理基于溶剂化阳离子表面活性剂N-二二烷基吡啶二氯化物(C12PYCL)的电动分子组装反应,以从聚(2- acrylamido-2- 2-甲基甲基丙烷磺酸)(PAMPAID)(PAMPAID)的交联聚合物凝胶模式进行了两个过程,这是两个过程,这是s的特征。其中一种是表面活性剂分子的静电盐形成,凝胶中具有相对荷兰的表面活性剂分子(起始prosecc)。另一个是结合表面活性剂之间的疏水相互作用,该相互作用稳定在沿聚合物链(传播过程)的与已经占据的位点相邻的骨料中的骨料稳定。后者称为“合作过程”。在这里,电场驱动并控制平衡的方向,以产生各向异性结合,即,当DC.电压打开时,表面活性剂分子通过电泳向阴极移动,并优先与凝胶在Pamps凝胶条面侧面面向Anode的侧面结合。这会导致凝胶的各向异性收缩,并弯曲阳极。因此,通过施加每两秒钟更改其极性的电场来进行凝胶的摇摆。凝胶的运动性温和柔韧性,可以用作与液压发动机和金属机不同的新型软执行器或分子机。

项目成果

期刊论文数量(35)
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专利数量(0)
新田 孝之: "ゲルと機能" 繊維学会誌. 49. (1993)
新田隆之:《凝胶与功能》日本纺织科学技术学会杂志 49。(1993)
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H.Okuzaki and Y.Osada: "A Chemomechanical Polymer Gel with Electrically Driven Motility" J.Intell.Mater.Syst.and Struct.4. 50 (1993)
H.Okuzaki 和 Y.Osada:“具有电力驱动动力的化学机械聚合物凝胶”J.Intell.Mater.Syst.and Struct.4。
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    0
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H.Okuzaki, Y.Eguchi, and Y.Osada: "Size Effect of Alkyl-Chain of Surfactant on the Chemomechanical Movement of Polymer Gel" Chemistry of Materials as communications. (submitted). (1994)
H.Okuzaki、Y.Eguchi 和 Y.Osada:“表面活性剂烷基链对聚合物凝胶化学机械运动的尺寸效应”材料化学作为通讯。
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Y.Osada and J.P.Gong: "Stimuli-Responsive Polymer Gel and Their Application to Chemomechanical System" Progress in Polymer Science,Pergamon New York. 18. 187-226 (1993)
Y.Osada 和 J.P.Gong:“刺激响应聚合物凝胶及其在化学机械系统中的应用”聚合物科学进展,纽约佩加蒙。
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Y.Osada,D.De Rossi,K.Kajiwara,A.Yamauchi: "“Polymer Gels-Fundamentals and Biomedical Application."" Plenum, 345 (1990)
Y. Osada、D. De Rossi、K. Kajiwara、A. Yamauchi:““聚合物凝胶-基础知识和生物医学应用”。”Plenum,345 (1990)
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