Enamik inimeste ehitatud mootorid on suured ja valjud, aga samas tugevamad ja ehituselt palju lihtsamad kui inimlihased. Teadlased töötavad juba pikemat aega niinimetatud tarkade materjalide kallal, mis võimaldaks luua midagi inimlihastele sarnanevat. Taolistel pehmetel, hästi painduvatel, miniatuursetel ja vaikselt töötavatel materjalidel oleks rakendust näiteks biomeditsiinis, robootikas, kosmosetööstuses ja mujalgi. Tänaseks on erinevate uurimisgruppide poolt välja töötatud mitmeid erinevaid kunstlihase e. täituri tüüpe.
Tartu Ülikooli Tehnoloogiainstituudi teadlased on koostöös Tallinna Tehnikaülikooli Keemiainstituudi töörühmaga loonud süsinikaerogeelil baseeruvaid elektroodmaterjale täituritele. Elektroaktiivsest polümeermaterjalist täiturid reageerivad pinge rakendamisele liigutusega, olles samal ajal võimelised elektrilaengut salvestama. Need on pehmed ja painduvad, seetõttu võib neid käsitleda kui kunstlihaseid, ning sobivad kasutamiseks sensoritena.
Töös kasutatud süsinikaerogeel on sünteesitud Eesti põlevkivitööstusest pärit õli tootmise jäägist 5-metüülresortsinoolist. Aerogeel on elektroodmaterjaliks sobiv suure eripinna ja poorsuse tõttu, mis on oluline täituri liigutusvõime seisukohast. Tartu Ülikooli töörühm on süsinikaerogeelist elektroodidega täitureid ka varasemalt testinud, kasutades nende valmistamiseks otsest koostemeetodit, mis seisneb elektroodmaterjali pihustamises ioonse vedelikuga immutatud Nafion™ membraanile ja saadi täiturid mahtuvusega 0.014 F/cm2 ja lähtudes karbiidsest süsinikust‑ 0,42 F/cm2.
Joonis. Ülesvõte kullast kontaktide vahele paigutatud täiturist (elektroodid aktiveeritud süsinikaerogeeli baasil) selle maksimaalse painutuse hetkel pinge ±2,8 V juures. Painutuse ulatus 1,1 %, painutuse kiirus 0,037 %/s.
Kõnealuse töö (vt. Algallikas) eesmärk oli valmistada süsinikaerogeeli baasil elektroodidega täitur mõnevõrra lihtsamal viisil ning võrrelda selle füüsikalisi näitajaid varem tehtuga. Selles töös pandi täitur kokku n.ö. kiht-kihi haaval: kõigepealt tehti valmis elektroodkihid süsinikaerogeelist, ioonsest vedelikust (1-etüül-3-metüülimidasoolium tetrafluoroboraat) ja polümeerist polü-(vinülideendifluoriidheksafluoropropüleen) ning separaatoriks elektroodide vahel oli komposiit samast polümeerist ja ioonsest vedelikust. Elektroodikihtide vahele kinnitati separaatorkiht kuumpressimise teel. Mittelenduv elektrolüüt (ioonne vedelik) teeb täituri töökindlaks ka tavalistes tingimustes töötamiseks.
Süsinikaerogeelil põhinevad täiturid on paljulubavad, sest nende liigutamiseks vajalik pinge on madal (Joonis) ning nad omavad suurt mahtuvust, vaatamata asjaolule, et pingele reageerimise/liigutamise kiirus on suhteliselt aeglane. Võrdluseks võib tuua süsiniknanotorud, mida on nende suure elektrijuhtivuse tõttu juba üsna palju uuritud ning nendest valmistatud täiturite liikumist iseloomustab sagedus isegi kuni 200 Hz. Seega, välja töötatud täiturid on omal kohal, kui on tegemist rakendustega, kus on vajalik aeglane täituri liigutus.
Algallikas:
Carbon aerogel based electrode material for EAP actuators,
Friedrich Kaasik, Janno Torop, Anna-Liisa Peikolainen, Mihkel Koel, Alvo Aabloo,
Proceedings of SPIE, Vol. 7976, pp. 79760O-1 – 79760O-8 (2011).
Link: http://spiedigitallibrary.org/proceedings/resource/2/psisdg/7976/1/79760O_1
Leave a Reply