新型“人工肌肉”材料

九逸

[本刊訊]復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系、聚合物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)室彭慧勝教授課題組通過(guò)對(duì)碳納米管的多級(jí)螺旋組裝，成功制備出一種新型纖維狀“人工肌肉”材料。相關(guān)研究論文發(fā)表于Nature Nanotechnology，2015，10（12）：1077-1083上。據(jù)介紹，這種導(dǎo)電的“人工肌肉”材料對(duì)溶劑響應(yīng)具有很高的靈敏度和特異的選擇性，在工業(yè)生產(chǎn)和化學(xué)品儲(chǔ)存中，可以用來(lái)探測(cè)毒性溶劑的泄露和預(yù)警等。

事實(shí)上，科學(xué)界很早就開(kāi)始了對(duì)“人工肌肉”材料的研究，但傳統(tǒng)的溶劑敏感型“人工肌肉”多是基于功能性的高分子材料，這種材料的缺陷在于其對(duì)溶劑的響應(yīng)速度較慢，運(yùn)動(dòng)形式也相對(duì)單一，多為簡(jiǎn)單的膨脹或彎曲，并且不易控制。彭慧勝團(tuán)隊(duì)以具有高比表面積、優(yōu)異力學(xué)和電學(xué)性能的取向碳納米管為基本單元，并對(duì)其進(jìn)行多級(jí)螺旋構(gòu)筑，在纖維內(nèi)部形成了大量的納米和微米尺度的管道結(jié)構(gòu)，這種多級(jí)管道結(jié)構(gòu)可以使溶劑高效快速地滲透到纖維內(nèi)部，并引起纖維的快速膨脹。當(dāng)具有多級(jí)螺旋結(jié)構(gòu)的碳納米管纖維與有機(jī)溶劑（如乙醇）及其蒸汽接觸，可產(chǎn)生優(yōu)異的扭轉(zhuǎn)和收縮運(yùn)動(dòng)。此外，該類(lèi)纖維狀“人工肌肉”還可以產(chǎn)生強(qiáng)勁的收縮響應(yīng)，其收縮強(qiáng)度是人類(lèi)骨骼肌的10倍，并可以在幾十毫秒內(nèi)完成，比傳統(tǒng)的高分子基敏感材料快3個(gè)數(shù)量級(jí)，甚至高于植物界響應(yīng)最快的植物——食蠅草的“捕食”速度。這種新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為制備高性能的智能響應(yīng)材料和器件提供了一條新途徑，有著廣闊的應(yīng)用前景。