德国萨尔大学(Universität des Saarlandes)研究团队展示了一款革命性的无电机薄膜真空泵原型,该技术由衍生企业mateligent GmbH推向工业界。这种薄膜厚度仅50微米,相当于人类发丝直径,当施加电压时,薄膜会迅速运动、振动、升降或保持静止,通过调节电压即可精准控制其动作。这种看似简单的装置实则是新型微型驱动器的核心材料,能够替代传统电机或气动压缩机完成推拉任务。
传统真空泵依赖电机、压缩空气和复杂的机械结构,占用空间大、能耗高且需频繁维护。而基于介电弹性体(Dielectric Elastomers)的薄膜技术无需重型部件,结构轻巧紧凑,甚至可设计成类似智能手机的超薄几何形状。该技术不依赖稀土或铜材,无需润滑油,因此特别适用于洁净室和无菌环境。此外,薄膜泵在特定运行模式下能效极高,且运行静音,有望显著降低生产车间的背景噪音。
在汉诺威工业博览会上,研究团队展示了技术规模化应用的新进展。新款真空泵采用双驱动设计,在两个泵腔内各安装一个薄膜执行器。这两个执行器可并联或串联连接,从而提升压力、流量和功率。两个薄膜执行器交替工作:当一个处于加压状态时,另一个处于卸压状态,确保动力输出不中断,实现连续、快速的抽真空过程。相比2025年单泵原型可达300毫巴的绝对压力,新款双泵系统已能实现低于200毫巴的真空度,性能显著提升。
该技术的工作原理基于导电且高延展性的电极层,薄膜正反两面均印有电极。施加电压后,两层电极因静电相互吸引,使薄膜进一步压扁并横向拉伸。通过改变电场,研究人员可控制介电弹性体以任意频率振动或执行快速、有力的升降运动。薄膜还能保持任意位置,仅在动作时消耗电能。更关键的是,薄膜本身即具备传感功能:任何形变都会引起电容值变化,通过测量这些特征数据,系统可精确掌握薄膜的机械变形状态,并利用机器学习算法规划精确的运动序列。
这种自传感能力使薄膜泵不仅能抽真空,还可作为液体计量阀、连续调节开关,甚至实时监测自身运行状态,如检测异物堵塞或真空抽取是否安全。除真空泵外,该团队还在机器人夹爪、扬声器、智能手机触觉反馈及智能纺织手套等领域探索应用。目前,研究团队正寻求合作伙伴,推动该技术实现大规模工业化应用。
介电弹性体技术已成为欧洲多国青年科研人员的热门课题,获得欧盟、德国科学基金会(DFG)、萨尔州联邦政府及当地金属电气工业协会(ME Saar)等多方支持。为加速成果转化,研究团队已成立mateligent GmbH,并计划在汉诺威展会上展示其工业应用潜力。对于中国制造业而言,这种无电机、无稀土、高能效且具备自诊断功能的真空技术,为高端装备、半导体制造及医疗设备的轻量化与智能化升级提供了新路径,值得在精密制造与绿色工厂建设中重点关注与引进。
