中科大校友造出水汽响应型材料，可举起比自重高26倍物体，能充当人造肌肉

近日，瑞士联邦材料科学与技术研究院的陈青研究员和所在团队，造出一种水汽响应型材料。

在不到 1 秒的时间内，可以针对环境中的微小湿度条件变化做出响应，并能举起重量大约是其自重 26 倍的物体。

图 | 陈青（来源：陈青）

凭借快速、有力的水汽响应性，它能够充当人造肌肉或压电纳米发电机，也能充当湿度检测元件从而整合到人造电子皮肤等智能器件之中。

同时，本次研究的意义超越了材料本身。对于刺激响应型致动器来说，常见的自愈、致动、回收、重加工、重编程等功能，都是基于材料内部结构的重组。

在本次课题之中，该团队发现：自愈功能和致动功能，能够基于同一材料进行构建。

因此，本次材料能被用于更多的结构可重构型材料，比如用于柔性机器人、柔性可穿戴传感器等。

据介绍，陈青的导师是一位物理学家，并不十分擅长功能性高分子方向。因此，他建议陈青发挥自身特长，自行设计研究课题。

后来，陈青用两周时间阅读大量文献，随后定下了本次课题：即制备一种可自愈型柔性高分子皮肤，让其拥有较好的光热特性，从而能够作为磁铁颗粒流体的外壳。

为了让这款皮肤能够集成多种智能功能，在设计材料组成结构时，陈青使用了可重构的高分子基质，这种高分子基质能够提供自愈功能。

然后，再添加具有环境刺激响应性的填料，借此提供多重的环境响应致动功能，从而能对水汽浓度、有机溶剂浓度、光照波长和功率、加热温度、磁场强度等作出响应。

这种自愈皮肤具有双层的结构，每一层都可以在特定环境刺激条件下，发挥自愈功能或致动功能。

由于这一系列课题的研究内容比较多，陈青特意将实验内容分成三部分：双层自愈皮肤中的顶层、双层自愈皮肤中的底层、以及双层自愈皮肤的协同功能。在近期一篇论文中，她主要介绍了顶层部分。

日前，关于顶层部分的相关论文以《利用水进行重构和修复的湿动力导电执行器》（Hygro-Dynamic and Conductive Actuator That Restructures and Heals by Water）为题发在 Advanced Functional Materials [1]。

陈青是第一作者兼共同通讯，德国电子加速器的斯蒂芬·罗斯（Stephan V. Roth）博士、以及瑞士联邦材料科学与技术研究院的亚瑟·布朗（Artur Braun）教授担任共同通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Advanced Functional Materials）

另外，在欧盟地平线项目 Cogitor 的资助之下，陈青还开展了新的研究工作：设计基于另一类材料的可自愈电子皮肤。

与本次工作不同的是，这种新的电子皮肤具有很强的电信号感知以及黏附能力，更适合用于柔性传感器。陈青计划在 2024 年下半年完成这一课题的实验部分。

图 | 陈青与 Cogitor 项目同事的合影（来源：陈青）

另据悉，陈青本科毕业于内蒙古大学生命科学学院，后保研到中国科学技术大学生命科学学院读研。

2014 年，在暑假转博答辩中，她改选了中科大化学与材料学院。

2019 年，陈青入选“亥姆霍兹-中国博士后管理委员会”项目，并开始在德国电子加速器从事科研工作。

2022 年，陈青在瑞士联邦材料科学与技术研究院入职，并成为一名研究员。

2024 年 5 月，陈青已经结束了瑞士联邦材料科学与技术研究院为期两年的工作合同，目前她正在积极寻找国内外高校教职。

参考资料：

1.Chen,Q. et al. Hygro‐Dynamic and Conductive Actuator That Restructures and Heals by Water.Advanced Functional Materials 2402924(2024). https://doi.org/10.1002/adfm.202402924

运营/排版：何晨龙

01/ 让光化学分析再进一阶：科学家研发“纤上实验室”，能解码传感器的物理事件和化学事件

02/ 补齐三维测力最后一张拼图：北航团队研发超分辨光子力显微镜，突破水溶液亚飞牛灵敏度

03/ 科学家制备新型非晶纳米片，能有效吸附和催化多硫，极大改善室温钠硫电池的电化学性能

04/ MIT团队揭晓雷特综合症新机制，建立全基因组表观遗传学图谱，相关神经元数据库已开源

05/ 科学家提出纯机械计算机新理论，提升有限机械系统的运算能力，为智能超材料开辟新思路