??基于師法自然的仿生智能材料一直是先進(jìn)材料領(lǐng)域的前沿課題之一。其中，離子型電化學(xué)驅(qū)動(dòng)器是一種仿生人工肌肉材料，因其輕質(zhì)、柔軟、致動(dòng)電壓低、形變能力大等特點(diǎn)，在仿生機(jī)器人、智能傳感、生物醫(yī)療、航天航空等方面表現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。然而，受限于電極材料的無序微/納結(jié)構(gòu)和低電化學(xué)活性，造成離子長程傳輸和微觀形變不均勻性，使得宏觀器件表現(xiàn)出應(yīng)變能耗高、響應(yīng)速率慢等缺點(diǎn)。因而，如何實(shí)現(xiàn)具有低能耗、大變形、快速響應(yīng)的離子型電化學(xué)驅(qū)動(dòng)器是當(dāng)今國際仿生人工肌肉材料領(lǐng)域極具挑戰(zhàn)性的課題之一。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，南京工業(yè)大學(xué)、材料化學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、化工學(xué)院陳蘇教授、武觀老師等，在國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助下，從設(shè)計(jì)材料的微觀有序結(jié)構(gòu)和電化學(xué)活性入手，以高效促進(jìn)離子遷移、累積和電子傳導(dǎo)為目標(biāo)，構(gòu)筑基于分層結(jié)構(gòu)黑磷/碳納米管電極材料的電化學(xué)驅(qū)動(dòng)器。由于黑磷/碳納米管材料具有二維/一維分層結(jié)構(gòu)，促進(jìn)離子遷移和累積，及表面富氧官能團(tuán)可通過氧化還原反應(yīng)增強(qiáng)離子耦合，從而構(gòu)筑的電化學(xué)驅(qū)動(dòng)器表現(xiàn)出較為優(yōu)異的電-化學(xué)-機(jī)械性能，如低功耗/應(yīng)變（0.04 W cm-2 %-1），大峰值應(yīng)變（1.67%），快應(yīng)變/應(yīng)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，成功實(shí)現(xiàn)了人工夾具、撲翼飛行器、仿生花、機(jī)械手等仿生驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)。該研究成果于近日發(fā)表在國際重要刊物《Advanced Materials》上。（High‐Performance HierarchicalBlack‐Phosphorous‐Based Soft Electrochemical Actuators in BioinspiredApplications, Adv. Mater. 2019, 1806492.）

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圖1. BP-CNTs/CNTs電化學(xué)驅(qū)動(dòng)器的電化學(xué)性能。

圖2. BP-CNTs/CNTs電化學(xué)驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)械性能。

圖3. BP-CNTs/CNTs電化學(xué)驅(qū)動(dòng)器的致動(dòng)機(jī)理。

圖4. BP-CNTs/CNTs電化學(xué)驅(qū)動(dòng)器的仿生應(yīng)用

全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201806492