溶剂驱动的微聚合物微梁装置

2017-12-19

目前水凝胶装置的响应主要靠刺激扩散。然而,与平流相比,扩散是一种缓慢的运输机制,因而限制了水凝胶装置的响应速度。为了克服这个限制,我们引入了毛细血管网络和弹性不稳定机制。具体来说,通过开放表面毛细血管输送和分配溶剂,引发弯曲聚合物微梁的膨胀和弯曲。为验证这个概念,我们使用面投影微立体光刻(PμSL)制备这些聚合物微结构。结合基于静态梁理论的不稳定性标准分析,此装置用于实现双向快速响应行为。我们的分析提供了微梁装置在溶剂驱动过程中捕捉的最小无量纲刚度β。在我们的分析中,β是一个明确的无量纲参数,表明设备是否能提供足够的轴向力来触发微梁的卡入。致动位移可以高达微梁长度的45%。我们在2mm长的微梁中观察到的最大中点速度为3.1 cm s-1,比没有弹性不稳定机制的微梁高20倍。该装置可用于人造肌肉,作为有源微流体回路中流体-机械信号转换的关键组件。

 

 

图片: (A) 高分子凝胶双稳态装置的CAD设计;

              (B) 曲梁的半剖面图。箭头指示溶剂流动的方向。

              (C), (D) 微制造样品的光学图像。比例尺为500微米。

              (E) 水凝胶梁的溶剂引入弯曲机制。