《AM》斯德哥尔摩皇家理工学院：具有电可调磁导率和单轴驱动的电化学操控水凝胶

  水凝胶是规划类生命软智能体系的最佳挑选之一，由于它们具有安排般的柔软性和高含水量，答应很多离子和分子的质量传输来调理形状、功用和离子电子计算。因而，新式多功用水凝胶可以使未来的机器具有逾越当时技能的动态才能。此外，多功用可以很容易地集成到水凝胶异质结构中，就像在生物体中相同，例如运用3D打印。

  抱负的影响呼应水凝胶在其全体结构中嵌入了多种电子功用，可以与现代电池和计算机无缝集成。但是，现在最先进的影响呼应水凝胶不导电，一定要经过温度、pH、光或刚性外部电极等外部影响激活，这约束了它们在高档异质结构中的功能。咱们之前现已证明，最快的水凝胶致动器可以终究靠各向异性纤维状水凝胶完成，其间单轴胀大导致快速和高应变。与这些比如相同，大多数水凝胶致动器仅运用一般不行逆的影响来激活或加快被迫的、扩散约束的胀大机制。水凝胶纤维的电子操控曾经是经过在高压下嵌入金属电极周围电解引起pH值改变来完成的。但是，缺少在低电压下对真实柔软的水凝胶资料来动态和准确的形状操控仍然是一个急迫的应战。

  1. 本作业展现了一种电化学操控的纳米线复合水凝胶，该水凝胶具有高的平面内电导率，可影响单轴电化学浸透胀大。

  2. 该资料体系答应仅在-1 V下准确操控形状变形，其间水凝胶本体的电容充电导致高达300%的大单轴胀大，这是由每个电子-离子对约700个水分子的进入引起的。

  3. 该资料在封闭时坚持其状况，这关于不行电隔阂来说是抱负的，由于胀大和中孔之间的固有耦合使得可以对浸透性进行电子操控，以完成自适应别离、分级和散布。

  4. 用作电化学浸透水凝胶致动器，它们的电活性压力高达0.7 MPa（相关于干态为1.4 MPa），作业密度为～150 kJ m–3（相关于干体为2 MJ m–3）。

  图1. ECO水凝胶的电化学浸透执行器。a, CNF/CNT复合物的构成及其真空过滤组装成薄片的示意图。b为俯视图，c为含60% CNTs的复合资料的SEM横截面图。D，水凝胶的结构和胀大示意图。e、电化学浸透驱动的原理概述和具体的机理描绘，包含自传感才能。暗影区域用来杰出松懈和密布的区域。f，胀大和孔径之间的耦合如安在介孔尺度上完成电子可调膜的示意图。

  图2. ECO水凝胶的电化学胀大机制。a，在10 mM NaCl中，水凝胶的ECO胀大与外加电位的联系。b，记载的水凝胶在-1 V下ECO胀大的快照，包含电荷堆集作为时刻的函数。c，胀大作为不同碳纳米管含量的时刻函数。d，在不同的电解质溶液中，施加-1 V电压时，ECO水凝胶的ECO胀大与时刻的联系。e，胀大进程中薄片电容电荷添加的体积胀大函数。

  图3. 电子可调膜从ECO水凝胶。a、水凝胶的逐渐胀大，“OCV”为开路电流电压。b，水凝胶相对面内电阻随胀大的函数。c，用于丈量膜通透性的设备。d、承受室浓度随时刻的函数。条件为45% CNTs和10 mm NaCl。

  图4. ECO水凝胶的电化学浸透驱动特性。a，法向力丈量致动的性质空间。b，回弹组织和两个可逆驱动循环的示意图描绘，运用夹子作为回弹。插页显现了扩展的开始30秒。c、水凝胶执行器的比较。绿色，橙色，表明驱动的可控程度。关于可控致动器，应变是经过激活来完成的:总应变减去只是将资料放入水中所发生的被迫应变。d，插图和设置用于打破一个砖。六张纸堆叠在这个设置中，以取得满足的张力和作业。这块砖高15毫米，厚9毫米。e、垂直于ECO水凝胶平面拍照的破砖进程相片。图中数据的运用条件为:45% CNTs和10 mm NaCl。该演示突破了执行器的极限，依据图4a，所需压力至少为0.5-0.7 Mpa。