DOI:10.1016/j.snb.2019.127519
納米纖維人造肌肉的獨特特性包括高比表面積、高孔隙率、柔韌性以及與天然肌肉結構的相似性，使其成為用于先進技術的理想選擇。在這項研究中，生產了聚氨酯/聚吡咯（PU/PPy）納米纖維彎曲人造肌肉，并評估了重要的電解質規格，包括離子的濃度、類型和大小對電化學性能的貢獻。產生的肌肉的彎曲動作隨著電解質溶液的濃度而增加，并且在較低的濃度下以較高的速率觀察到這種增加。我們發現電解質離子的性質是決定離子與導電聚合物交換機理的關鍵因素。在陰離子交換機構中使用較大的陰離子會導致較大的彎曲運動。例如，在相同的電位范圍內，使用LiTFSI電解質溶液代替LiCl，可使彎曲位移從31°增加到250°以上。浸入0.1 M LiTFSI電解質溶液中，制得的納米纖維人造肌肉在-0.8 V至0.8 V的循環電勢中顯示出超過720°的顯著彎曲位移。這種驚人的驅動性能顯示了所生產的電化學機械人造肌肉在實際應用中的巨大潛力。
圖1.生產PU/PPy納米纖維的電紡裝置和化學聚合過程的示意圖。
圖2.（a）彎曲納米纖維PU/PPy人造肌肉的示意圖和（b）實際圖像。
圖3.用于測量PU/PPy納米纖維層表面電阻率的四點探針法示意圖。
圖4.用于電化學驅動PU/PPy納米纖維人造肌的電化學電池作為工作電極，以Ag/AgCl電極為參比電極，不銹鋼板為輔助電極。
圖6.PU/PPy納米纖維的放大FESEM截面圖：（a）4000x和（b）120000x。
圖7.PU和PU/PPy納米纖維層的TGA熱譜圖。
圖8.（a）在濃度范圍為0.025 M至1 M的LiClO4電解質中，PU/PPy納米纖維人造肌肉在-0.8 V至0.5 V相對于Ag/AgCl的循環伏安響應。（b）納米纖維人造肌肉在不同濃度的電解質溶液中驅動時消耗的電荷。（c）電解液濃度對角位移的影響。（d）人造肌肉的角位移與消耗的電荷之間的關系。
圖9.對甲苯磺酸鈉的化學結構。
圖10.（a）在0.1 M NapTS水溶液中，掃描速度為5m V/s時，PU/PPy納米纖維人造肌肉在-0.8 V至0.5 V相對于Ag/AgCl的循環伏安響應，（b）動態伏安響應。
圖11.用于制備電解質溶液的LiCl、LiClO4和LiTFSI鹽的化學結構。
圖12.在0.1 M的LiCl、LiClO4和LiTFSI水溶液中，PU/PPy納米纖維人造肌肉在-0.8V至0.5V相對于Ag/AgCl的循環伏安響應。
圖13.在0.1 M LiCl和LiClO4電解質溶液中，PU/PPy納米纖維人造肌肉在-0.8V至0.5V相對于Ag/AgCl之間的循環伏安響應。
圖14.納米纖維PPy中離子交換機理的示意圖，該離子交換機理為（a）LiCl、（b）LiClO4、（c）LiTFSI和（d）NapTS電解質溶液。
圖15.PU/PPy納米纖維人造肌肉在不同電解質溶液中彎曲位移的大小。
圖16.在0.1 m LiTFSI電解質溶液中，掃描速度為5 mV/s時，PU/PPy納米纖維人工肌肉在-0.8 V至0.8 V之間相對于Ag/AgCl的循環伏安響應。
圖17.在0.1 M LiTFSI電解質溶液中，納米纖維PU/PPy人造肌肉在-0.8 V至0.8 V的電勢循環進行電化學驅動期間，相對于Ag/AgCl（左側PU/PPy納米纖維/右側膠帶）的角位移照片。
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