机器人使用弹性体等柔韧材料与人体和其他具有挑战性的精致物体和环境安全地相互作用。莱斯大学研究人员团队开发了一种分析模型，可以预测铂催化有机硅弹性体的固化时间与温度的函数关系。该模型有助于减少能源浪费并提高弹性体部件制造的产量。
“在我们的研究中，我们将弹性体视为一类能够实现软机器人技术的材料，这个领域在过去十年中经历了巨大的增长，”莱斯大学机械工程助理教授、论文通讯作者 Daniel Preston 说。发表在《细胞报告物理科学》上的一项研究。 “虽然对环氧树脂等材料甚至几种特定的有机硅弹性体进行了一些相关研究，但到目前为止，人们实际上用来制造软机器人的许多市售有机硅弹性体的固化反应还没有详细的定量说明。工作填补了这一空白。”
普雷斯顿和他的团队研究的铂催化有机硅弹性体通常是从两种粘弹性液体开始的，当混合在一起时，随着时间的推移，它们会转变为橡胶状固体。作为液体混合物，它们可以倒入复杂的模具中，从而用于铸造复杂的部件。固化过程可以在室温下进行，但也可以通过加热来加速。
涉及弹性体的制造过程通常依赖于温度和持续时间的经验估计来控制固化过程。然而，这种大致方法很难预测弹性体在不同固化条件下的表现。拥有一个定量框架来准确确定温度如何影响固化速度将使制造商能够最大限度地提高效率并减少浪费。
“以前，使用现有模型来预测弹性体在不同温度条件下的固化行为是一项更具挑战性的任务，”该研究的主要作者、普雷斯顿实验室的研究生 Te Faye Yap 说。 “无论是在能源消耗还是材料方面，都迫切需要提高制造流程的效率并减少浪费。”
为了了解温度如何影响固化过程，研究人员使用流变仪（一种测量液体和软固体机械性能的仪器）来分析六种市售铂催化弹性体的固化行为。
“我们能够开发一个基于所谓的阿伦尼乌斯关系的模型，该模型将固化反应速率与弹性体固化的温度联系起来，”普雷斯顿说。 “现在我们对温度如何影响固化速度有了非常好的定量了解。”
阿累尼乌斯框架是一个将化学反应速率与温度联系起来的公式，已被用于半导体加工和病毒灭活等各种领域。普雷斯顿和他的团队在他们之前的一些工作中使用了该框架，并发现它也适用于环氧树脂等材料的固化反应，如之前的研究中所述。在这项研究中，研究人员使用阿伦尼乌斯框架和流变数据开发了一个可以直接影响制造实践的分析模型。
“在这项工作中，我们确实探讨了固化反应与弹性体温度的关系，但我们还深入研究了弹性体在高温下固化时的机械性能，以实现更高的产量和固化速度，”普雷斯顿说。
研究人员对在室温和高温下固化的弹性体样品进行了机械测试，以观察热处理是否会影响材料的机械性能。
