DOI:10.1016/j.snb.2020.129236
濕度響應雙層致動器能夠在濕度梯度下動態改變其形狀，這激發了人們對許多新興領域的研究興趣，包括人工肌肉、智能傳感器和智能設備。然而，由于其致密的結構阻礙了水分子的擴散，這種致動器通常表現出響應速度慢、致動周期長、變形小等缺點。在本文中，研究者采用簡單的可編程靜電紡絲法制備了高度多孔的聚乙烯醇/聚乙烯醇縮丁醛（PVA/PVB）雙層致動器，以實現出色的濕度觸發變形。得益于兩層膜對水的不同親和力以及精心設計的結構，多孔雙層致動器在濕度梯度響應下表現出優越的致動性能。簡而言之，僅需283ms即可驅動形狀變化，而整個變形僅需10μs。此外，還實現了曲率為11.2cm-1的較大彎曲幅度，并且形狀變形過程可重復至少30次而不會疲勞。最后，研究者證實了多孔納米纖維致動器可用作人造植物來執行打開和關閉動作，以及可作為一種自動監測濕度的自驅動檢測器。
圖1.（a）通過連續靜電紡絲制備多孔雙層PVA/PVB納米纖維致動器的示意圖。（b）PVA納米纖維層的SEM圖像，（c）平均直徑，（d）取向度，和（e）孔徑。（f）PVB納米纖維層的SEM圖像，（g）平均直徑，（h）取向度，和（i）孔徑。（j）PVA/PVB雙層致動器的橫截面形態（PVB層用羅丹明B染色，以便于觀察）。（k-m）納米纖維致動器的物理性質。（n）PVA和（o）PVB層的WCA。分布在（p）PVA和（q）PVB層上的水滴的照片。
圖2.在濕氣刺激下，對（a）雙層PVA/PVB納米纖維致動器，（b）單層PVA膜和（c）單層PVB膜形狀變形的定性表征（藍紙上的水滴會逐漸在室溫下蒸發以提供足夠的濕度。）（d）當放在裸手掌上時，雙層納米纖維致動器彎曲變形；當放在戴著橡膠手套的手掌上時，沒有發現形狀變化。（e）當接近手指時，雙層納米纖維致動器的彎曲致動。
圖3.（a）構建自制的濕度梯度裝置，以研究多孔雙層致動器的濕度響應致動性能。（b）彎曲曲率的定義（負值表示致動器向PVA側彎曲；正值表示致動器向PVB側彎曲）。（c）響應于濕度梯度的致動器彎曲和形狀恢復過程的圖示和（d）數碼照片。
圖4.（a）多孔雙層致動器的曲率-濕度曲線。（b）雙層的厚度比，（c）長度/寬度比和（d）面積對雙層納米纖維致動器致動性能的影響。（e）具有定向納米纖維和無規納米纖維的致動器的曲率（插圖顯示變形后具有無規納米纖維的致動器的形態）。（f）當暴露于濕度梯度時，雙層納米纖維致動器的可逆形狀變化。
圖5.多孔雙層致動器的濕度響應致動機理。
圖6.多孔納米纖維致動器的潛在應用，如（a）仿生花，（b）仿生三葉草和（c）自驅動智能濕度計。
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