蘇州納米所邸江濤等合作Materials Today:電化學(xué)人工肌肉纖維綜述
人工肌肉纖維是一類可在外界刺激(如溫差、電化學(xué)、溶劑、磁、光)下產(chǎn)生可逆形狀變化的纖維材料或器件,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、柔順可變形、比功率密度高、易于集成、復(fù)雜變形適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。其中,電化學(xué)人工肌肉纖維是依賴離子遷移行為實(shí)現(xiàn)可逆形變的智能材料體系,與生物肌肉纖維最為接近——二者不僅擁有相同的纖維狀形態(tài)和收縮運(yùn)動(dòng)模式,還具備類似的離子溶液工作環(huán)境及離子觸發(fā)驅(qū)動(dòng)機(jī)制。在各類人工肌肉纖維中,電化學(xué)人工肌肉纖維因驅(qū)動(dòng)電壓低、無(wú)明顯熱效應(yīng)、易于精準(zhǔn)控制等優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注,有望在植入/輔助醫(yī)療、軟體機(jī)器人、智能穿戴、人機(jī)交互等領(lǐng)域發(fā)展中發(fā)揮重要推動(dòng)作用。
中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所邸江濤研究員長(zhǎng)期致力于人工肌肉纖維的制備與功能應(yīng)用(Science Advances 2022, 8 (46), eabq7703、Matter 2025, 8(11), 102281、Nano Lett. 2024, 24, 31, 9608)。團(tuán)隊(duì)在電化學(xué)人工肌肉纖維方面開展了一系列代表性研究工作:發(fā)展了高性能電化學(xué)人工肌肉纖維新材料(Nano Research 2023, 16 (3), 4143?4145、Small 2018, 14 (38), e1801883);制備了具有零扭矩的大螺距纖維結(jié)構(gòu)(Nano Energy 2022, 102, 107609、Small 2024, 20, 2405277、Materials Horizons 2020, 7(11), 3043);提出了電化學(xué)離子插層驅(qū)動(dòng)的新機(jī)制(ACS Nano 2022, 16(10), 15850、Nano-Micro Letters, 2023, 15, 162);實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)人工肌肉纖維的固態(tài)集束組裝(ACS Nano 2024, 18 (13), 9500-95102、Small 2021, 17(5), 2006181)。
近期團(tuán)隊(duì)發(fā)表了電化學(xué)人工肌肉纖維綜述(圖1),系統(tǒng)地總結(jié)了電化學(xué)人工肌肉纖維領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展,重點(diǎn)闡述了電化學(xué)人工肌肉纖維的制備方法、材料種類、離子驅(qū)動(dòng)機(jī)制以及多功能應(yīng)用。深入分析了電化學(xué)人工肌肉纖維所面臨的挑戰(zhàn)并提出針對(duì)性解決方案(圖2),最后對(duì)電化學(xué)人工肌肉纖維的未來(lái)發(fā)展方向做出了展望。
該綜述文章以Recent progress and challenges of electrochemical artificial muscle fiber為題發(fā)表在國(guó)際期刊Materials Today上,蘇州科技大學(xué)碩士研究生鄧捷和中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所任明副研究員為論文共同第一作者,蘇州科技大學(xué)李宛飛教授和中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所任明副研究員、邸江濤研究員為共同通訊作者。該工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金和江蘇省自然科學(xué)基金等資助。

圖1. 電化學(xué)人工肌肉纖維的材料、機(jī)制、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用領(lǐng)域概述

圖2. 電化學(xué)人工肌肉纖維的關(guān)鍵挑戰(zhàn)及對(duì)應(yīng)解決策略
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