機械學院教師在《chem. soc. rev.》發(fā)表電化學軟體執(zhí)行器長篇綜述

本站訊（通訊員 穆九柯）軟體執(zhí)行器是一種無需借助馬達等機械裝置將光、電、聲、磁等能量轉化為機械動能的新型執(zhí)行器件，亦是微型-軟體化機器人設計的重要動力來源之一。在眾多驅動機制中，電化學驅動機制（electrochemically-driven）以其獨特的離子吸附或嵌入方式引發(fā)材料或器件機械運動，具有運動精度優(yōu)、能量轉化率高以及仿生肌肉自鎖（類似骨骼肌中的閉鎖狀態(tài)）等優(yōu)勢，使其在微型軟體機器人和生物醫(yī)療器械中具有突出的應用潛力。

近日，天津大學穆九柯教授、陳焱教授聯(lián)合東華大學朱美芳院士團隊以“electrochemically-driven actuators: from materials to mechanisms and from performance to applications”為題在國際重要學術期刊《chemical society reviews》(if=46.2)上發(fā)表長篇綜述。論文基于材料類型和響應機制，全面總結了近年來電化學執(zhí)行器的發(fā)展歷程和創(chuàng)新突破，綜合分析了不同材料-機制執(zhí)行器間的性能特點、內在聯(lián)系以及應用適配。文章第一作者為天津大學博士生楊利雪，共同通訊作者為天津大學穆九柯教授、陳焱教授和東華大學朱美芳院士，天津大學機械學院為第一通訊單位，其他合作者來自西安交通大學、上海電機學院和西弗吉尼亞大學。

該綜述通過對傳統(tǒng)和新興的電化學執(zhí)行器基材進行深入分析和系統(tǒng)梳理，著重闡明了各類執(zhí)行器基礎材料、器件驅動機制和性能表現(xiàn)之間的相互依賴關系；面向電化學執(zhí)行器的應用挑戰(zhàn)，針對現(xiàn)存材料的優(yōu)化和新型材料-器件的探索等方面提出了前瞻性見解，以期為相關領域研究人員全面了解電化學執(zhí)行器的工作機制、優(yōu)化策略和應用領域提供借鑒和指導。

文章亮點

1.從材料出發(fā)，依據(jù)離子遷移-固定方式，分類解析了電化學執(zhí)行器電能—機械能轉化的運行機制；從不同尺度-維度設計層面，解釋了執(zhí)行器運動模式與器件形態(tài)間的結構關系。

圖1.各類電化學執(zhí)行器的驅動機制、結構設計及其運動模式示意圖

2.從驅動行程、輸出力、機械做功能力、運行頻率區(qū)間以及生物相容性等多重指標參數(shù)出發(fā)，分析了不同執(zhí)行器的性能特點，為其應用領域的拓展提供指標依據(jù)。

圖2.各類型電化學執(zhí)行器的性能指標分析

3.針對不同的驅動機制和材料屬性，在材料改性、結構設計和器件加工等層面，全面梳理了近年來不同類型電化學執(zhí)行器的里程碑工作、發(fā)展歷程和性能提升策略，依此分析了跨越基礎研究到工程應用所面臨的挑戰(zhàn)。

4.面向應用挑戰(zhàn)，論文從現(xiàn)存材料效能提升、優(yōu)勢互補耦合設計、規(guī)模化制備到新材料-新機制的探索、新應用的發(fā)掘等多個層面提出了前瞻性的見解和創(chuàng)新策略。

圖3.電化學執(zhí)行器的應用領域

該工作受到國家自然基金委、中國科協(xié)青年人才托舉工程、新基石研究員等項目支持。

原文：electrochemically-driven actuators: from materials to mechanisms and from performance to applications. chem. soc. rev., 2024. (doi: 10.1039/d3cs00906h)

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（編輯 劉延俊 段智馨）