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在仿生技术发展的几十年里，电活性聚合物（EAP）基驱动器由于在软机器人、可穿戴触摸-反馈体系、可拉伸柔性电子设备以及微机电系统方面的应用而受到了广泛的关注。其中，离子聚合物-金属复合驱动器由于重量轻、性能优越、低电压下空气中工作的稳定性以及易于制造、成本低而成为最具吸引力的EAP驱动器之一。空气中工作的离子软体（AWIS)驱动器能通过电极和电解质膜界面处的离子嵌入和脱嵌的可逆迁移，将储存在双界面中的电能转换成机械能，产生电化学应变。对于AWIS驱动器来说，基本要求就是大的弯曲应变、快的响应速度、低的驱动电压和空气中高的耐久性。其中，导电电极是整个AWIS驱动器中的关键部件，它们必须在弯曲过程中与离子聚合物膜兼容以保证好的导电性和高的电容。近期，韩国科学技术院(KAIST)的首席材料科学研究员Il-Kwon Oh教授报道了一种基于MXene的AWIS驱动器并将其应用于具有动力学艺术的软体机器人。该体系中，聚乙撑二氧噻吩（PEDOT）和聚苯磺酸（PSS）链的自组装及它们与Ti3C2Tx的离子键合为电荷的快速传输和离子的嵌入/脱嵌提供了有利的协同作用。通过离子交联的Ti3C2Tx不仅表现出无向后松弛的高弯曲应变（~1.37％的改善），还具有优异的循环稳定性（超过18,000次循环），强大的阻挡力以及高度的持久稳定性（几周）。最后，研究人员成功地将该驱动器用于由电信号控制的水仙灵感动能机器人并作为可穿戴胸针。此外，他们将基于MXene的AWIS驱动器作为动态艺术软机器人，成功地在树上演示了舞动树叶和蝴蝶。图1 离子交联的Ti3C2Tx MXene的合成和表征。（A）离子交联的Ti3C2Tx MXene 的合成示意图。（B）Ti3C2Tx（比例尺，500nm）的SEM图像。（C）Ti3C2Tx-PP（比例尺，2μm）的SEM图像。（D）Ti3C2Tx，PP和Ti3C2Tx-PP的拉曼光谱。（E）表示苯并PEDOT相变为醌PEDOT。图2、所有AWIS执行器的形貌，电学和电化学性能表征。（A至C）分别为PP，T1PP4和T1PP2电极的横截面SEM图像。比例尺，约15μm。插图：电极表面的SEM图像。比例尺：~2μm。（D）具有原始Ti3C2Tx MXene基电极的离子软致动器的照片，发现在弯曲下少量MXene片的剥落。（E）具有Ti3C2Tx-PP基电极的离子软致动器的照片，表明良好的粘附性和柔韧性。（F）四个致动器的CV曲线，扫描速率为10 mV s-1。（G）所有AWIS执行器的EIS曲线。插图：放大的高频区域。（H）所有AWIS执行器的体积电容值，扫描速率为10 mV s-1，所有电极的电导率。（I）PP，T1PP2和T1PP4电极材料的应力-应变曲线。（A）在0.1 Hz的正弦输入电压下，在0.1 Hz的激励频率下致动器的峰-峰弯曲应变。（B）在1V的正弦输入电压下，在0.1至20Hz的频率范围内弯曲应变的峰-峰幅度。（C）弯曲应变的峰-峰幅度，施加电压范围为0.1至1 V，1 Hz。（D）0.5 V正弦输入电压下，致动器响应的相位延迟比较图，频率从0.1到3Hz不等。（E）与时间相关的，以在0.5和1 V DC电压下的致动器AWIS的致动性能。（F）AWIS执行器在1 V的正弦输入电压下，以1 Hz的激励频率进行18,000次循环测试，达到5小时的高耐久性。插图曲线显示了前四个循环和最后四个循环的驱动性能。花的总重量为375毫克。（A）折纸式水仙花机器人的示意图：最初，机器人处于关闭位置; 在施加3 V DC后，机器人像水仙花一样“绽放”。（B）原始和开放的水仙花机器人的光学照片，可以作为时尚胸针。（C）真正水仙花在不同开花阶段的的照片。（D）基于AWIS致动器的水仙花机器人在开花的各个阶段的照片。每只蝴蝶的重量为310毫克。（A到E）基于AWIS致动器的蝴蝶机器人在树枝上拍打翅膀的照片。最初，蝴蝶处于死亡状态;施加施加频率为0.2 Hz的2 V AC后，蝴蝶表现得像活蝴蝶。每片叶子的重量为38毫克。（A至F）基于AWIS致动器的动态软雕塑树的照片，树叶能在1.5 V和0.2 Hz的输入刺激下跳舞。https://robotics.sciencemag.org/content/4/33/eaaw7797
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来源：高分子科学前沿
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