能吸、能动、能切,西北工业大学团队研发出新型智能材料
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2026-03-21 10:05:40
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中国教育报-中国教育新闻网讯(通讯员 赵勇 刘磊 记者 冯丽)最近,西北工业大学张卫红院士团队和香港城市大学组成的联合团队,成功研发出一种名为“电活性界面增强介电弹性体”(EIEDE)的新型智能材料,这款材料能“动”、能“吸”,还能“玩转液滴”,将为软体机器人、先进制造和微流控技术等领域带来革命性的应用前景。

电活性聚合物是一类能够在电场作用下产生大幅度形变的智能材料,分为离子型和电子型。作为电子型电活性聚合物的代表,介电弹性体已广泛应用于人工肌肉、仿生机器人、可穿戴智能设备等核心场景。以往对这类智能材料(介电弹性体)的研究,大多集中在材料自己在电场下如何伸缩变形。这次,团队创新性地在材料中加入了一种特殊的“极性小分子添加剂”,成功激活了材料的“社交能力”。

实验人员让它和传统材料(P7670)进行了一场“吸力大比拼”。结果形成鲜明对比:在一块金属网电极上,EIEDE材料的吸附强度达到31.75 kPa,是传统材料的488倍!这意味着它不仅能把平整的表面吸得牢牢的,就连坑坑洼洼的金属片、镂空的金属网,甚至细金属丝都能一把“抓”住。利用这项技术,未来,爬墙机器人可以轻松吸附在粗糙的金属表面上进行检修,工业机械臂可以无损抓取各种形状不规则的精密零件——这为机器人技术和先进制造打开了一扇全新的大门。

同时,研究人员发现,当一滴水接触到材料的正极时,材料表面就像被施了魔法,从原本排斥水的“疏水状态”(水滴像落在荷叶上,接触角83.15°),瞬间变成了极度亲水的“亲水状态”(水滴几乎摊平成一张“薄饼”,接触角仅9.92°)。这意味着,通过一个电场开关,就能让液滴的铺展程度实现超大范围的调控。基于此原理开发的液滴吸附装置,在施加电压时吸附液滴,撤去电压则释放液滴,实现了液滴的稳定运输。更妙的是,当液滴接触到负极时会产生“抗电润湿”效应,增强局部疏水性——材料变得更“讨厌”水,液滴立刻“回缩”。

利用这种正负极的差异,团队又通过优化电极形状实现了对液滴的精确“切割”:只需通过电场和电极形状控制,就能像剪刀裁布一样,把一个大液滴精准地“剪”成几个小液滴。结合液滴的变形、运输、分割和“锚定”等功能,团队还实现了多个液滴的锚定与移动,并能够同时进行检测,增加了感应面积。这为未来的微流控传感平台提供了新思路。

这项研究彻底颠覆了我们对智能材料的传统认知。一个材料,不再只是一个被动的部件,而是一个集大应变驱动(像肌肉)、超强电吸附(像手)、智能液滴操控(像指尖)于一体的“全能型选手”。它的诞生,为软体机器人、先进制造、微流控技术等领域带来了想象空间。该研究已发表于《科学进展》(Science Advances)。

作者:赵勇 刘磊 冯丽

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