2024年12月30日
近期，来自西交利物浦大学的研究团队开发了一种新型基于Zn-CAT复合材料的离子聚合物-金属复合材料（IPMC），显著提升了柔性驱动器的性能。
“在软体机器人技术领域，电活性聚合物（EAP）材料以其轻便和灵活性，展现出巨大的应用潜力，能够在非结构化复杂的应用场景中发挥关键作用，并与人类实现更安全的互动。”秦素洁博士分享说
健康与环境科学系秦素洁博士表示由离子聚合物及其表面金属导体所组成的离子聚合物-金属复合材料（IPMC），作为一类重要的EAP材料，近年来受到柔性驱动器领域研究人员广泛的关注和研究。
据了解，IPMC的工作原理在于在外加电场作用下，具有三明治结构的IPMC中的阴离子会迁移到具有不同嵌合膨胀能力的正负极中，产生不对称的体积变化，导致宏观机械变形，进而驱动器件产生动作。然而，常见的IPMC驱动器电极材料通常使用铂和金等贵金属，这在发生弯曲形变时难以保持电解质兼容性、高电导性和高电容性，极大限制了器件高驱动性能的实现。
博士生王颖异介绍说，研究团队通过将具有高电导率，高电容的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)（PEDOT:PSS）与Zn0纳米棒原位局部转化MOF（Zn-CAT）相复合，设计了一种具有界面异质结构的电极材料。
这种创新设计克服了传统IPMC驱动器在弯曲形变时导电性不足、电解质兼容性差的瓶颈。实验数据显示，这种新型驱动器展现了以下卓越性能：超快响应时间（1.56秒）、低能耗（工作电压仅为0.1–5伏）、较大的弯曲应变（1.22%），以及出色的循环稳定性（10,000次循环后效率仍达97%）。此外，该复合材料在700 nm光照下表现出光-热-电效应，进一步提升了驱动性能，最大弯曲应变增至2.38%，输出力提高到66毫牛。
目前该成果将应用在人工肌肉对屏幕的触摸及对物体的抓取，有望进一步促进人工智能软体机器人在医疗、救援、环境监测、制造业等多个领域的应用。
素材提供：秦素洁博士
翻译、编辑：王璐谣
2024年12月30日