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2019-04-25
基于师法自然的仿生智能材料一直是先进材料领域的前沿课题之一。其中，离子型电化学驱动器是一种仿生人工肌肉材料，因其轻质、柔软、致动电压低、形变能力大等特点，在仿生机器人、智能传感、生物医疗、航天航空等方面表现出广泛的应用前景。然而，受限于电极材料的无序微/纳结构和低电化学活性，造成离子长程传输和微观形变不均匀性，使得宏观器件表现出应变能耗高、响应速率慢等缺点。因而，如何实现具有低能耗、大变形、快速响应的离子型电化学驱动器是当今国际仿生人工肌肉材料领域极具挑战性的课题之一。
针对上述挑战，南京工业大学、材料化学工程国家重点实验室、化工学院陈苏教授、武观老师等，在国家自然科学基金等项目的资助下，从设计材料的微观有序结构和电化学活性入手，以高效促进离子迁移、累积和电子传导为目标，构筑基于分层结构黑磷/碳纳米管电极材料的电化学驱动器。由于黑磷/碳纳米管材料具有二维/一维分层结构，促进离子迁移和累积，及表面富氧官能团可通过氧化还原反应增强离子耦合，从而构筑的电化学驱动器表现出较为优异的电-化学-机械性能，如低功耗/应变（0.04 W cm-2 %-1），大峰值应变（1.67%），快应变/应力速率（11.57 % s-1; 28.48 MPa s-1），高能量/功率密度（29.11 kW m-3; 8.48 kJ m-3）等性能。基于以上性能，成功实现了人工夹具、扑翼飞行器、仿生花、机械手等仿生驱动器的设计。该研究成果于近日发表在国际重要刊物《Advanced Materials》上。（High‐Performance HierarchicalBlack‐Phosphorous‐Based Soft Electrochemical Actuators in BioinspiredApplications, Adv. Mater. 2019, 1806492.）
图文速递
图1. BP-CNTs/CNTs电化学驱动器的电化学性能。
图2. BP-CNTs/CNTs电化学驱动器的电机械性能。
图3. BP-CNTs/CNTs电化学驱动器的致动机理。
图4. BP-CNTs/CNTs电化学驱动器的仿生应用
全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201806492
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