液体金属粒子のサイズは、液晶エラストマー複合材の作動特性に影響します

電気的に導電性の液晶エラストマー（LCE）の複合材料は、電気ジュール加熱で可逆的に刺激できる柔らかい「人工筋」アクチュエーターとして機能する可能性があります。導電率は、室温で液体であるガリウムとインジウムの合金の液滴をLCEに埋め込むことで達成できます。これらの柔らかい人工筋肉は、適用された負荷で50％以上の可逆的作動が可能です。液体金属（LM）の高負荷での作動の鍵は、液滴が周囲のマトリックスで変形することです。単純な処理技術を通じてLM液滴のサイズを制御することにより、LM-LCE筋肉のアクチュエータ特性を調整できることを示します。たとえば、より小さな液体金属粒子（約10μm以下）の複合材料は、より大きな液体金属粒子（CA、>100μm）を持つものよりも硬く、より大きな力出力が可能です。ただし、粒子が小さい場合は作動ひずみを減らし、大きな粒子を伴う複合材料は著しく大きなストロークの長さを示します。作動特性のこのような調整可能性により、複合材料の処理が作動株と作動力を制御する特殊な柔らかい人工筋肉の製造が可能になります。

Composites of liquid crystal elastomer (LCE) that are electrically conductive have the potential to function as soft "artificial muscle" actuators that can be reversibly stimulated with electrical Joule-heating. Conductivity can be achieved by embedding the LCE with droplets of an alloy of gallium and indium that is liquid at room temperature. These soft artificial muscles are capable of >50% reversible actuation with an applied load. The key to actuation at high loadings of liquid metal (LM) is that the droplets deform with the surrounding matrix. By controlling the size of LM droplets through simple processing techniques, we show that the actuator properties of the LM-LCE muscle can be tuned. For example, composites with smaller liquid metal particles (ca. 10 μm or less) are stiffer than those with larger liquid metal particles (ca. >100 μm) and are capable of greater force output. However, smaller particles reduce actuation strain and composites with large particles exhibit significantly greater stroke length. Such tunability in actuation properties permits the fabrication of specialized soft artificial muscles, where processing of the composite controls actuation strain and actuation force.