新型“人工肌肉”材料

九逸

[本刊讯]复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室、先进材料实验室彭慧胜教授课题组通过对碳纳米管的多级螺旋组装，成功制备出一种新型纤维状“人工肌肉”材料。相关研究论文发表于Nature Nanotechnology，2015，10（12）：1077-1083上。据介绍，这种导电的“人工肌肉”材料对溶剂响应具有很高的灵敏度和特异的选择性，在工业生产和化学品储存中，可以用来探测毒性溶剂的泄露和预警等。

事实上，科学界很早就开始了对“人工肌肉”材料的研究，但传统的溶剂敏感型“人工肌肉”多是基于功能性的高分子材料，这种材料的缺陷在于其对溶剂的响应速度较慢，运动形式也相对单一，多为简单的膨胀或弯曲，并且不易控制。彭慧胜团队以具有高比表面积、优异力学和电学性能的取向碳纳米管为基本单元，并对其进行多级螺旋构筑，在纤维内部形成了大量的纳米和微米尺度的管道结构，这种多级管道结构可以使溶剂高效快速地渗透到纤维内部，并引起纤维的快速膨胀。当具有多级螺旋结构的碳纳米管纤维与有机溶剂（如乙醇）及其蒸汽接触，可产生优异的扭转和收缩运动。此外，该类纤维状“人工肌肉”还可以产生强劲的收缩响应，其收缩强度是人类骨骼肌的10倍，并可以在几十毫秒内完成，比传统的高分子基敏感材料快3个数量级，甚至高于植物界响应最快的植物——食蝇草的“捕食”速度。这种新型结构设计为制备高性能的智能响应材料和器件提供了一条新途径，有着广阔的应用前景。