Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка адаптивных композиционных материалов на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена для создания на их основе искусственных мышц

ФИО: Мостовая К.С.

Направление: Материаловедение

Научный руководитель: д.ф.-м.н. Калошкин Сергей Дмитриевич, к.ф.-м.н. Максимкин Алексей Валентинович

Институт: Институт новых материалов и нанотехнологий

Кафедра: Кафедра Физической химии

Академическая группа: МФХ-14-1

В настоящее время актуальной проблемой является создание новых приводов, обеспечивающих бесшумную работу устройств, обладающих высоким КПД, малым энергопотреблением, отсутствием инерционности, долговечностью и компактными размерами. Так, невозможно создать роботизированные устройства, выполняющие прецизионные движения, используя традиционные виды приводов. Практически идеальным приводом, отвечающим указанным требованиям, являются искусственные мышцы.

Искусственные мышцы – устройства, способные к контролируемым ритмичным сокращениям под действием внешнего раздражителя. Их изготовление возможно с применением материалов с эффектом памяти формы (ЭПФ). В настоящее время для этих целей применяются металлические сплавы и полимерные материалы. Различия в функциональных свойствах между этими классами существенны: в металлических сплавах реактивные напряжения составляют сотни МПа при деформации менее 10%, в полимерах – единицы МПа, при деформации в сотню процентов. Для металлических сплавов характерно наличие гистерезиса мартенситных превращений, осложняющих контроль движения искусственных мышц, изготовленных из этих сплавов; в полимерах подобного эффекта не наблюдается.

Для создания полимерных искусственных мышц был выбран сверхвысокомолекулярный полиэтилен (СВМПЭ). Получаемые при использовании метода гель-формования с последующей ориентационной вытяжкой высокоориентированные волокна СВМПЭ имеют рекордно высокие значения реактивных напряжений среди полимеров – 20 МПа и прочность более 2 ГПа. Искусственные мышцы из СВМПЭ были получены путем закручивания этих волокон в спираль. Под действием внешней силы мышца растягивается. При активации ЭПФ, например, нагревом, происходит ее сокращение из-за возникновения реактивных напряжений. При охлаждении мышца снова растягивается. Это рабочий цикл мышцы. Степень сокращения регулируется изменением температуры мышцы.

Разработанные искусственные мышцы не имеют аналогов на российском рынке. Они обладают высокой скоростью срабатывания, высоким КПД и компактными размерами.