DOI: 10.1016/j.snb.2021.129520
本研究采用靜電紡絲法制備了一種濕度響應型雙層致動器。首先制備具有不同纖維排列方式和厚度的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）/聚丙烯酸（PAA）活性層，并將其與聚酰亞胺薄膜相結合。當相對濕度為10％-80％時，研究者觀察了致動器的彎曲運動。在靜電紡絲PVP/PAA層的過程中，隨著收集速度和收集時間的增加，纖維取向度和膜厚度均增加。在整個實驗過程中，排列整齊或較厚的致動器顯示出更高的曲率變化。然而，由于擴散速率較低，厚致動器對相對濕度變化的敏感性較低。為了克服此缺點，研究人員在靜電紡絲之前向PVP/PAA溶液中加入了金屬-有機骨架（MOF）納米粒子，以增強致動器的靈敏度。因此，MOF致動器對濕度高度敏感，并顯示出較大的曲率變化，在與裸PVP/PAA致動器相同的厚度下產生了約5.5μmN的高驅動力。綜上所述，該致動器具有性能可控、驅動力高等優點，可應用于機器人、能量收集和傳感器等領域。
圖1.（a）旋轉靜電紡絲和（b）測量致動器曲率隨相對濕度變化的實驗裝置示意圖。
圖2.（a）-（d）在滾筒收集器的不同轉速下20％PVP/PAA電紡絲表面的SEM圖像，以及（e）-（h）顯示纖維排列角度的直方圖。在180rpm（（a）和（e）），1000rpm（（b）和（f）），1500rpm（（c）和（g））和2000rpm（（d）和（h））的轉速下進行靜電紡絲。
圖3.（a）濕度驅動致動器的照片及其示意圖；（b，c）相對于排列角度而言，致動器曲率的變化與（b）時間和（c）相對濕度的函數關系。在1000、1500和2000rpm的轉速下制備致動器。在所有情況下，電紡PVP/PAA層的厚度均為30μm。（d，e）相對于電紡PVP/PAA層的厚度而言，致動器曲率的變化與（d）時間和（e）相對濕度的函數關系。PVP/PAA層的厚度為18、30和47μm。在所有情況下，相對濕度為10％-80％。
圖4.（a）MOF納米粒子和（b）MOF嵌入纖維的SEM圖像。（c）濕潤之前（10％）和濕潤之后（80％）裸纖維和MOFF的ESEM圖像。（d）裸纖維層和MOFF層浸入水中的溶脹率。
圖5.有無MOF納米粒子的致動器曲率變化與（a）時間和（b）相對濕度的函數關系的比較。（c）18μm MOF致動器的重復性測試。
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