中國教育報-中國教育新聞網訊(通訊員 趙勇 劉磊 記者 馮麗)最近,西北工業大學張衛紅院士團隊和香港城市大學組成的聯合團隊,成功研發出一種名為“電活性界面增強介電彈性體”(EIEDE)的新型智能材料,這款材料能“動”、能“吸”,還能“玩轉液滴”,將為軟體機器人、先進制造和微流控技術等領域帶來革命性的應用前景。
電活性聚合物是一類能夠在電場作用下產生大幅度形變的智能材料,分為離子型和電子型。作為電子型電活性聚合物的代表,介電彈性體已廣泛應用于人工肌肉、仿生機器人、可穿戴智能設備等核心場景。以往對這類智能材料(介電彈性體)的研究,大多集中在材料自己在電場下如何伸縮變形。這次,團隊創新性地在材料中加入了一種特殊的“極性小分子添加劑”,成功激活了材料的“社交能力”。
實驗人員讓它和傳統材料(P7670)進行了一場“吸力大比拼”。結果形成鮮明對比:在一塊金屬網電極上,EIEDE材料的吸附強度達到31.75 kPa,是傳統材料的488倍!這意味著它不僅能把平整的表面吸得牢牢的,就連坑坑洼洼的金屬片、鏤空的金屬網,甚至細金屬絲都能一把“抓”住。利用這項技術,未來,爬墻機器人可以輕松吸附在粗糙的金屬表面上進行檢修,工業機械臂可以無損抓取各種形狀不規則的精密零件——這為機器人技術和先進制造打開了一扇全新的大門。
同時,研究人員發現,當一滴水接觸到材料的正極時,材料表面就像被施了魔法,從原本排斥水的“疏水狀態”(水滴像落在荷葉上,接觸角83.15°),瞬間變成了極度親水的“親水狀態”(水滴幾乎攤平成一張“薄餅”,接觸角僅9.92°)。這意味著,通過一個電場開關,就能讓液滴的鋪展程度實現超大范圍的調控?;诖嗽黹_發的液滴吸附裝置,在施加電壓時吸附液滴,撤去電壓則釋放液滴,實現了液滴的穩定運輸。更妙的是,當液滴接觸到負極時會產生“抗電潤濕”效應,增強局部疏水性——材料變得更“討厭”水,液滴立刻“回縮”。
利用這種正負極的差異,團隊又通過優化電極形狀實現了對液滴的精確“切割”:只需通過電場和電極形狀控制,就能像剪刀裁布一樣,把一個大液滴精準地“剪”成幾個小液滴。結合液滴的變形、運輸、分割和“錨定”等功能,團隊還實現了多個液滴的錨定與移動,并能夠同時進行檢測,增加了感應面積。這為未來的微流控傳感平臺提供了新思路。
這項研究徹底顛覆了我們對智能材料的傳統認知。一個材料,不再只是一個被動的部件,而是一個集大應變驅動(像肌肉)、超強電吸附(像手)、智能液滴操控(像指尖)于一體的“全能型選手”。它的誕生,為軟體機器人、先進制造、微流控技術等領域帶來了想象空間。該研究已發表于《科學進展》(Science Advances)。
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