两会聚焦“具身智能”：线性膨胀系数（CTE）成机器人性能优化“金钥匙”​

随着具身智能（Embodied AI）在2025年政府工作报告中被列为新兴科技重点领域，其核心载体——人形机器人、自动驾驶设备等智能系统对材料性能的要求愈发严苛。在这一背景下，热机械分析（TMA）技术能对材料线性膨胀系数（CTE）进行精准测试，成为保障具身智能产品可靠性与稳定性的关键技术支撑。

具身智能系统通过物理身体与环境交互，其核心硬件（如关节、传感器、传动部件）需在复杂工况下保持稳定。以人形机器人为例，其关节材料需同时满足高强度、耐磨损、耐高温等特性，而温度变化导致的材料形变可能直接影响动作精度甚至引发结构失效。

机器人用PEEK材料

PEEK材料凭借其出色的热稳定性、机械性能和化学相容性，成为具身智能机器人制造的理想材料。然而，纯PEEK也有自己的问题……

图1 不同加工条件制得的PEEK的TMA曲线

从上图可以看出，不论是何种加工条件的PEEK，在高温下的尺寸稳定性都难以保持。

利用PI改性

分子设计角度出发，设计易于熔融加工的热塑性聚酰亚胺（TPI），以进一步对 PEEK 进行改性，提升其性能。

分别合成了理论分子量为1.5w，3.0w和4.5w的热塑型聚酰亚胺模塑粉（TPI），作为PEEK的改性原料。

表1 改性后线性膨胀系数

采用TMA（热机械曲线）测试样品的线性膨胀系数（CTE）。

从表中可以看出，对于结晶性样品，在样品的低温段，CTE没有太大差别。而在高温段，随着TPI成分增加，样品的CTE明显减小。

对于无定形样品，在玻璃化转变之前，由于聚合物内部不存在可作为物理交联点的晶区，所以其变形更加明显，有更大的线膨胀系数。在高温段，CTE随TPI的增加而减小。

说明改性树脂 TPI 的引入提升了材料的高温尺寸稳定性。

什么是CTE？

线性热膨胀系数（CTE）是通过TMA（热机械分析仪）测试得出，是衡量材料热稳定性、强度、安全性的重要指标，对分析高分子材料的各种转变、评价材料的尺寸稳定性具有重要意义。

在实际应用中，两种不同的材料焊接或熔接时，选择材料的热膨胀系数也显得尤为重要，需要求两种材料具备相近的热膨胀系数。一般来说，CTE值越低，尺寸稳定性越好。

热机械分析仪（TMA）

在一定的升温速率下，给检测样品施加较小的恒定负荷，随着温度的升高、时间的增加，样品发生形变，通过TMA可以直观看到材料的尺寸与温度、时间的变化关系。 

样品要求：

1、可测固体、薄膜、纤维样；一般做块体，粉末也可以做，但粉末数据可能意义不大，粉末需要2g

2、压缩模式：块状最大样品高度：25 mm 最大样品直径：10 mm

3、拉伸夹具：长度20～30㎜，宽度＜3.5㎜，一般裁3㎜左右，厚度＜0.5mm，不然夹不住，或者比较厚的话用压缩探针

4、尺寸：样品尺寸需符合仪器夹具要求，通常要求长度在几毫米到几厘米之间。

5、形状：可以是薄片、条状或块状，要保证可以稳定放置在测量平台上。

6、纯度：样品应尽可能纯净，避免杂质影响测试结果。

7、测试说明：每个样品最好寄三份一样的，标记测试方向。

国高材分析测试中心热机械分析仪

技术参数：

• 温度范围：-70℃-400℃；
• 升温速率：0.01-150℃/min；
• 力值范围：0.001-2N；
• 压缩模式（固体最大样品尺寸：最大25mm长，最大样品直径10mm；纤维样品尺寸：最大25mm，宽度4.7mm，厚度至少2-3mm）