近期，材料科学与工程学院田维乾副教授与瑞典皇家理工学院KTH、美国德雷克塞尔Drexel大学，在材料领域顶刊Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202301163) 发表了题为“Ultrastrong Ionotronic Films Showing Electrochemical Osmotic Actuation”（具有电化学渗透致动的超强离子电子混合导体薄膜）的国际合作研究成果，中国海洋大学为通讯作者单位，田维乾副教授为通讯作者和共同第一作者。
低压电场下可逆致动的混合离子/电子导体，在生物传感、能量传输和储存、传感器、软体机器人系统等领域具有巨大应用潜力。然而由于离子和电子的传导依赖于互斥的传导机制，设计在柔性薄膜或水凝胶中实现高离子/电子导电性耦合，同时集成可逆致动所需的高机械强度，是领域内巨大的挑战。
据此，本研究提出了一种基于表面带负电、高纵横比的一维柔性纳米纤维纤丝和二维碳化钛MXene的纳米片液相自组装的策略，成功研发了具有高机械强度、高离子/电子混合导电性的复合水凝胶薄膜。例如在NaCl溶液中，水凝胶薄膜的离子电导为11.4 S m−1、电子电导为163 S m−1、机械拉伸强度88 MPa。该高强度的离子/电子混合导体，在低电压场（±1 V）产生了可逆的电渗析致动效应，体积应变达到85%以上。这种新型的超强离子/电子混合导体薄膜为软体机器人、应变传感器、人造肌肉等领域的应用提供了可能性。
该工作是田维乾副教授与瑞典皇家理工学院KTH，在前期纤维素纳米纤丝基异质结构材料研究的基础上（Advanced Materials 2022, 34, 2204800，中国海洋大学为通讯作者单位），在国际科研合作中取得的又一重要成果。该系列工作得到国家自然科学基金青年基金、山东省泰山学者青年专家、山东省自然科学基金优秀青年基金（海外）、中国海洋大学青年英才工程第二层次项目的资助。
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Ultrastrong Ionotronic Films Showing Electrochemical Osmotic Actuation -Advanced Materials
文/图：车洪林
