4D Smart Materials: A Hierarchical Manufacturing Platform

4D智能材料:分层制造平台

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2018-05803
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.66万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2019-01-01 至 2020-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Smart materials, also known as stimuli responsive materials, are drawing significant research attention due to their improved reliability, performance, flexibility and miniaturization compared to their traditional counterparts. Electroactive polymers (EAPs) and thermoactive polymers (TAPs) are classes of smart materials that undergo change in response to electrical and thermal stimuli, respectively. Herein, we propose to develop a novel hierarchical manufacturing platform for 4D smart materials. The long-term objective of this program is to fabricate 4D smart materials with tailored multi-functional behaviors. In comparison to traditional passive 3D materials, 4D active materials, with the addition of a time dimension, have the ability to actuate by undergoing geometrical changes. ******The proposed research program aims to bridge the gap between the structure of conductive polymers CPs and 1D and 2D nanoparticles and their manufacturing methodologies. Designing and tailoring the properties of EAP sensory and TAP actuation elements requires a bottom-up approach from self-assembly to a macroscopic hierarchical dual sensor/actuator system through which this 4D materials manufacturing platform will be developed. A major application of EAPs/TAPs hybrid is in electronic skins (e-skins), which are flexible, stretchable, and conformable substrates with sensing/actuation capabilities. ******This research will make a major contribution to the investigation of hierarchical assembly of material structures used to develop new 4D materials systems. This will result in the development of an innovative manufacturing platform for fabricating these new class of hybrid active materials. The proposed research will provide highly qualified personnel with theoretical and hands-on experience in the new field of smart 4D materials design, manufacturing and applications. These active e-skins can be integrated in soft robotics, smart textiles, and wearables and are able to sense a change in the environment and respond in performing programmed tasks. ******E-skins will have significant benefits in applications such as flexible and personal electronics, and rehabilitation textiles. Active e-skins can be applied in materials for flexible microelectromechanical systems (MEMS) where they will be able to detect and characterize changes in materials and geometry and reacting to it. Hence, these active skins will act as a self-monitoring system with a feedback signal and can be employed in electronics, automotive, and aerospace components. In addition, while sensing accuracy of e-skin systems have improved dramatically, the manufacturability and overall multifunctional integration in activating of such systems is to be realized in this research program.**************
智能材料,也被称为刺激响应材料,由于其与传统材料相比提高了可靠性,性能,灵活性和小型化而引起了人们的极大关注。电活性聚合物(EAP)和热活性聚合物(TAP)是一类分别响应于电和热刺激而发生变化的智能材料。在此,我们建议开发一种新的4D智能材料的分层制造平台。该计划的长期目标是制造具有定制多功能行为的4D智能材料。与传统的无源3D材料相比,4D有源材料在添加了时间维度的情况下具有通过经历几何变化来致动的能力。** 拟议的研究计划旨在弥合导电聚合物CP结构与1D和2D纳米粒子及其制造方法之间的差距。设计和定制EAP传感器和TAP致动元件的特性需要从自组装到宏观分层双传感器/致动器系统的自下而上的方法,通过该系统将开发4D材料制造平台。EAP/TAP混合物的主要应用是在电子皮肤(e-skin)中,其是具有感测/致动能力的柔性、可拉伸和适形衬底。** 这项研究将对用于开发新的4D材料系统的材料结构的分层组装的研究做出重大贡献。这将导致开发用于制造这些新型混合活性材料的创新制造平台。拟议的研究将为高素质的人才提供智能4D材料设计,制造和应用新领域的理论和实践经验。这些主动电子皮肤可以集成在软机器人、智能纺织品和可穿戴设备中,能够感知环境的变化,并在执行编程任务时做出响应。** 电子皮肤将在柔性和个人电子产品以及康复纺织品等应用中具有显着的优势。有源电子皮肤可以应用于柔性微机电系统(MEMS)的材料中,它们将能够检测和表征材料和几何形状的变化并对其做出反应。因此,这些有源皮肤将充当具有反馈信号的自监控系统,并可以用于电子,汽车和航空航天部件。此外,虽然电子皮肤系统的感测精度已大幅提高,但在此研究计划中,将实现此类系统的可制造性和整体多功能集成。

项目成果

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Naguib, Hani其他文献

A hybrid piezoelectric-triboelectric generator for low-frequency and broad-bandwidth energy harvesting
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    $ 4.66万
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  • 批准号:
    RGPIN-2018-05803
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 4.66万
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    Discovery Grants Program - Individual
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    538565-2019
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  • 资助金额:
    $ 4.66万
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