对环境变化具有自发和灵敏反应的智能软材料不仅对于开发尖端人造肌肉、智能电子和机器人至关重要，而且对于开发智能能源、催化和医疗技术也具有重要意义。通过收集湿度（RH）能量可诱导基于柔性聚合物、水凝胶、液晶、碳或MXene的湿度响应型软致动器的变形或运动。然而，由于缺乏电信号，很难精确跟踪现有湿度响应型致动器的驱动模式。

    近日，在王治宇教授，邱介山教授的指导下，我们设计了一种基于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的支撑型MXene复合膜（MCPM）的软驱动器。该致动器可通过MCPM在水分梯度作用下的不对称膨胀和膨胀，捕获湿能，并将其转化为机械能。

 

 文章要点

1）作为软致动器的关键部件，首先将Ti₃C₂T_x MXene、纤维素和PSSA的混合悬浮液按5：24：71的重量比浇铸在平面上，制成了自立式MCPM。在薄膜合成之前，用LiF/HCl从Ti₃AlC₂相中提取Al层，然后超声剥离，得到平均横向尺寸为数百纳米的Ti₃C₂T_x MXene纳米片。由于其高度的柔性和坚固性，MCPM可以很容易地折叠而不损坏。

2）研究发现，致动器的弯曲角与RH呈线性相关，最大值为130°。同时，该致动器还可以作为湿燃料发电机，通过梯度水化学在MCPM中进行质子定向扩散，产生最大功率密度为81.2 μW cm⁻³和0.3 V的高开路电压（V_OC）。此外，这种软致动器的湿式发电能力不仅能够从湿度中收集电能，而且能够自供电湿度传感和跟踪致动模式。

3）致动器的这些特性的完美结合使人们能够设计出具有可区分运动模式的智能开关、人造手指和智能机器人，以及具有高灵敏度和精确度的非接触式湿度传感器和呼吸监视器。

 

文献信息：

Peida Li, et al, A Ti₃C₂T_x MXene-Based Energy-Harvesting Soft Actuator with Self-Powered Humidity Sensing and Real-Time Motion Tracking Capability, ACS Nano, 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c07186