成果簡介
到目前為止，已經開發出許多性能優異的碳基軟致動器，致動器的各項指標都接近極限。然而，與天然生物肌肉的智能性和多功能性相比，軟致動器仍然存在功能單一、智能不足的缺點。本文，福建工程學院翁明岑副教授團隊在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊發表名為「Polyaniline/Reduced Graphene Oxide/Carbon Nanotube Composites for Actuation-Based Sensing for Energy Storage」的論文，研究充分利用聚苯胺/還原氧化石墨烯/碳納米管（PANI/RGO/CNT）複合材料來設計和製造具有自供電溫度傳感功能的智能抓手。
首先，PANI/RGO/CNT複合材料具有低熱膨脹係數（CTE）和負溫度電阻率的特點。通過與具有高熱膨脹係數的聚合物配合使用，可以構建電阻溫度係數為2364 ppm K-1的具有溫度傳感功能的多功能雙層致動器。在光照射下（功率密度為 300 mW cm–2）、致動器的表面溫度、彎曲曲率和電阻變化分別高達48.8℃、0.86 cm-1和-6.1%。其次，PANI/RGO/CNT複合材料還具有大面積電容（165.8 mF cm-2）的優點，因此，可以通過巧妙的結構設計構建具有儲能模塊的集成雙層致動器，並用作可變形的超級電容器。
最後，基於多功能雙層致動器和集成雙層致動器在結構和致動機制上的相似性，提出了一種具有自供電溫度感應功能的智能抓手，以便在抓取物體時實時反饋智能抓手的溫度變化。在不增加結構複雜性的情況下，實現了智能抓取器的多功能性，展示了在軟致動器設計中集成傳感和儲能的設計理念的優勢。所提出的PANI/RGO/CNT複合材料在智能致動器、可變形超級電容器和人造肌肉等領域具有巨大的應用潛力。
圖文導讀
圖1、 BOPP/PANI/RGO/CNT 複合材料的製備和表徵
圖2、BOPP/PANI/RGO/CNT致動器的光碟機動驅動和溫度傳感
圖3、用PANI/RGO/CNT複合材料製成的超級電容器的結構示意圖及電容特性
圖4、（a） 仿生蠕蟲爬行過程示意圖。仿生蠕蟲爬行過程的光學照片（b）和熱紅外圖像（c）。（d） 智能窗簾開啟過程示意圖。智能窗簾開啟過程的光學照片（e）和熱紅外圖像（f）。（g） 溫度傳感器雙模感應示意圖。（h） 溫度傳感器對熱水反應的視覺感應。（i） 溫度傳感器響應熱水的電感應信號。
圖5.（a） 集成執行器的示意圖。（b） 集成執行器的光碟機動驅動。（c） 集成致動器在不同電流密度下的GCD曲線。（d） 具有溫度感應功能的智能抓手的物體運輸過程示意圖。（e） 在運輸物體過程中具有溫度感應功能的智能抓手的電信號。具有溫度感應功能的智能抓手的物體運輸過程的光學照片（f）和熱紅外圖像（g）。
小結
綜上所述，充分利用PANI/RGO/CNT複合材料和BOPP薄膜的各種理化性能來設計和製造具有自供電溫度傳感功能的智能抓手。本文提出的集成策略對未來多功能致動器的研究和製備具有重要意義。
文獻：
https://doi.org/10.1021/acsanm.3c00655