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圖1 多功能碳納米管-聚合物復(fù)合材料及其應(yīng)用。

  柔性驅(qū)動器可以集成許多功能電子設(shè)備以構(gòu)建智能電子系統(tǒng)。多功能驅(qū)動器中電子系統(tǒng)的能量供應(yīng)和無線信號傳輸是具有挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域。在本文中，以功能化和分層設(shè)計的思想來構(gòu)建多功能的集成化驅(qū)動器。受蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，提出了具有3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多功能碳納米管-聚合物復(fù)合材料，并將其應(yīng)用于多刺激響應(yīng)型驅(qū)動器、超級電容器和電磁干擾屏蔽設(shè)備（圖1）。相關(guān)結(jié)果以研究論文 “Multi-functional and integrated actuators made with bio-inspired cobweb carbon nanotube-Polymer composites”的形式發(fā)表于國際高水平期刊Chemical Engineering Journal。福建工程學(xué)院翁明岑副教授、碩士研究生丁敏、周培迪博士為共同第一作者。福建工程學(xué)院翁明岑副教授與福建師范大學(xué)陳魯倬教授為共同通訊作者。該研究受到國家自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金等多方資助。 

  首先，通過將仿生蜘蛛網(wǎng)結(jié)構(gòu)的聚苯胺包覆碳納米管-纖維素（PANI@CNT-BC）薄膜附著到疏水的導(dǎo)電聚合物薄膜上，可以構(gòu)建由光、電和濕度驅(qū)動的多刺激響應(yīng)型驅(qū)動器（圖2）。驅(qū)動機(jī)制是仿生蜘蛛網(wǎng)PANI@CNT-BC薄膜的吸濕膨脹效應(yīng)，以及PANI@CNT-BC薄膜與導(dǎo)電聚合物薄膜之間的不對稱熱膨脹效應(yīng)。 

圖3 基于仿生蜘蛛網(wǎng)PANI@CNT-BC薄膜的電磁干擾屏蔽特性和儲能特性。（a）CNT-BC薄膜、PANI@CNT-BC薄膜和雙層驅(qū)動器的電磁干擾屏蔽效能。（b）雙層驅(qū)動器的電磁干擾屏蔽機(jī)制。（c）4 × 4超級電容器陣列的示意圖。插圖為是該超級電容器陣列的光學(xué)圖像。（d）4 × 4超級電容器陣列點(diǎn)亮數(shù)個LED陣列的光學(xué)照片。

圖4（a）近紅外光控制的智能屏蔽幕工作機(jī)理示意圖。（b）光學(xué)照片和紅外熱圖像顯示雙層驅(qū)動器作為智能屏蔽幕的打開和關(guān)閉運(yùn)動。

圖5 3D模擬圖（a）和光學(xué)照片（b）同時展示了使用多功能驅(qū)動器制作的智能窗簾在太陽光的輔助下打開、充電、以及驅(qū)動定時器的過程。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139146