长期以来,介电弹性体作为电活性聚合物的重要代表,在人工肌肉、仿生机器人等领域应用广泛。
然而,科研界对这类材料的研究多聚焦于其在电场下的伸缩变形等本征特性,对材料与外界的面相互作用关注不足。
这种研究局限性制约了介电弹性体功能的充分发挥,成为制约其应用拓展的关键瓶颈。
针对这一行业难题,西北工业大学张卫红院士团队与香港城市大学组成的联合科研团队另辟蹊径。
他们在介电弹性体材料中引入极性小分子添加剂,创新性地激活了材料的界面交互能力,成功研发出电活性界面增强介电弹性体材料。
这一突破使传统的"被动承载"型材料升级为具有主动交互能力的智能单元,实现了驱动、吸附、控液三大功能的有机统一。
在电吸附性能方面,新材料展现出显著优势。
实验数据表明,该材料在金属网电极上的吸附强度达到31.75千帕,较传统介电弹性体材料提升488倍。
这意味着材料不仅能牢固吸附平整表面,还可有效"抓取"坑洼金属片、镂空金属网、细金属丝等不规则导电材料,突破了传统吸附装置的应用限制,为精密制造和微操作领域开辟了新可能。
在液滴操控功能上,该材料同样表现突出。
通过电场开关调控,材料表面可实现疏水与亲水状态的快速切换。
当液滴接触材料正极时,接触角从83.15度迅速降至9.92度,水滴从"荷叶状"快速摊平;接触负极时则产生抗电润湿效应,液滴随之回缩。
基于这一特性,研究团队成功实现了液滴的稳定吸附、运输与释放,并通过优化电极形状,实现了液滴的精准切割——可将单一大液滴按需分为2个、3个甚至4个小液滴。
团队进一步利用这一功能设计出多探针检测演示装置,可实现多个液滴的锚定、移动与同步检测,为微流控传感平台的研发提供了新思路。
该项研究成果已正式发表于国际顶级学术期刊《科学进展》,标志着我国在智能材料领域的自主创新能力再上新台阶。
新材料的问世,不仅解决了传统介电弹性体功能单一的长期难题,更重新定义了这类材料的应用边界。
在软体机器人、先进制造、微流控技术等领域,该材料具有广阔的应用前景,有望推动相关产业实现技术升级和产业变革。
从单一功能到多元集成,EIEDE材料的诞生不仅是一次技术突破,更展现了我国在智能材料领域的创新能力。
随着相关研究的深入,这一成果或将催生新一代智能装备与系统,为高端制造、医疗健康等领域带来革命性变革。
未来,如何推动该技术从实验室走向产业化,实现更大规模的应用,将成为科研界与产业界共同关注的重点。