DOI:10.1016/j.polymer.2020.122590
快速響應低電位的軟執行器對于可穿戴設備和機器人至關重要。在這項工作中，制備了雜化水凝膠納米纖維墊，并將其作為軟執行器進行測試。通過在納米纖維形成過程中將靜電紡絲與水凝膠的原位光聚合和苯胺的聚合相結合來制備雜化水凝膠納米纖維。通過4-探針法測得制備的納米纖維的電導率接近0.01 S cm-1。利用原子力顯微鏡（I-AFM）成功地獲得了導電模式下的圖像，證明了雜化水凝膠納米纖維的導電性和納米特性。紅外光譜（FTIR）表明，納米纖維形成過程中的水凝膠前驅體的光聚合和苯胺聚合是有效的。由AFM納米壓痕估算了納米纖維的彈性模量，溶脹的樣品的彈性模量接近10 MPa。通過在干燥和溶脹條件下比較雜化水凝膠納米纖維的AFM圖像，評估了雜化水凝膠納米纖維的溶脹性能，發現其溶脹度因納米纖維中聚苯胺的存在而降低。將制備的水凝膠納米纖維膜作為電化學電池的執行器進行了測試。在1 MΩ cm水中施加低電壓（1 V）導致樣品的快速（2.5 mm s-1）、可逆位移。在致動過程中，薄納米纖維墊也可以承受80 μN的力，該力是通過將電化學電池耦合到稱重傳感器來測量的。
圖1.（A）用于靜電紡絲過程中聚合納米纖維的紫外線反應器的示意圖。（B）修改后的靜電紡絲設備的照片；（C）電紡納米纖維墊（PVA：3.3_PANI：6.7）的照片和（D）靜電紡絲針頭的照片，由綠色激光束的散射（波長532 nm和功率200 mW）展示納米纖維的形成。
圖2.（A）設備和（B）兩個電極之間的電紡納米纖維氈的線性位移測量（L）方案。（C）在致動期間，通過連接至稱重傳感器的不銹鋼線測量力的圖像。
圖3.涉及PVA和水凝膠前驅體溶液其他成分的酯化反應。（a）原始PVA的FTIR光譜；（b）含有PVA的水凝膠電紡納米纖維；（c）與（b）相同，但是水凝膠前驅體溶液在靜電紡絲步驟之前經受熱處理。
圖4.含PANI的電紡水凝膠納米纖維的FTIR光譜，以及商用PANI的光譜。
圖5.電紡納米纖維的SEM圖像：A，B，C：不含PANI的納米纖維；D，E，F：含PANI的納米纖維。G：PANI和PVA含量對獲得的納米纖維直徑的影響。比例尺=10 μm。
圖6.含3.3 wt％（A）、6.7 wt％（B）和10 wt％（C）PANI的電紡水凝膠納米纖維在接觸（C-AFM）和導電（I-AFM）模式下的AFM圖像。（D）靜電紡絲過程中電流響應與時間的關系。
圖7.具有不同PANI含量的電紡水凝膠納米纖維的DSC曲線。
圖8.在空氣（a）和水（b）中獲得的電紡雜化水凝膠納米纖維的AFM圖像。（c）通過監測重量變化和尺寸變化（AFM溶脹度）來測量具有不同PANI含量的電紡水凝膠納米纖維的平衡溶脹度。
圖9.（A）納米纖維上納米壓痕的示例。（B）納米壓痕過程中力與位移曲線的示例。（C）楊氏模量（通過轉換納米壓痕數據計算）與電紡水凝膠納米纖維中PANI含量的函數關系。
圖10.電紡雜化水凝膠納米纖維的電導率與納米纖維中PANI濃度的關系。
圖11.在電紡納米纖維墊（PVA：3.3_PANI：0）的致動過程中捕獲的幀。60秒后，施加到電化學電池的電勢等于（A）0 V和（B）3 V，顯示位移接近6 mm。（C）具有不同PANI含量的一系列電紡雜化水凝膠納米纖維的致動（位移）隨時間的變化。
圖12.電紡水凝膠納米纖維產生的最大力和響應時間隨樣品中PANI濃度的變化而變化。
