AFM：刺激响应型MXene基致动器综述

致动器是负责移动和控制机器或系统的装置。通常，执行器需要控制信号和能量输入。控制信号引起执行器变形，从而将输入能量转换转化为机械运动，用来运作机器或系统。MXenes，一种具有极性表面功能团的几个原子厚度的二维无机化合物过渡金属碳氮化物，已广泛应用于刺激响应致动器等诸多领域。

成果简介

近日，韩国高等科学技术研究院的Il-Kwon Oh教授在国际顶级期刊Advanced Functional Materials发表了题目为“MXene Printing and Patterned Coating for Device Applications”的论文。报告了MXenes基致动器与其它二维材料基致动器对比，并突出了在化学结构、机械性能和电气功能方面的主要区别。首先，介绍了MXenes的性能，包括阳离子和离子液体插层、高电容、导电性高、导热性、电磁波吸收率高、亲水性好和多种极性溶剂中优异的分散性等。其次，电离子、电化学、电热、光热和湿度响应型MXenes基致动器的驱动机制也进行了全面深入的探讨。最后，总结了这些MXenes基致动器的应用并重点探讨了软体机器人和未来的研究。

图 1多种刺激响应型MXene基致动器。

图 2 MXene纳米片的离子插层。

图 3 MXene纳米片的离子液体插层。

表1用于电活性离子致动器的材料的电导率。

图 4电热性能。

图 5光热性能。

图 6湿度相应。

表2 MXene和其他材料相比PEDOT:PSS的优势。

图7响应前后MXene纳米片的间隙。

图8 MXene用于刺激响应致动器。

图9 MXene/PEDOT:PSS复合材料作为干式电活性离子致动器的电极。

图10 MXene基电活性离子致动器的性能。

表3 MXene基电活性离子致动器与其他材料的对比。

图11 MXene/纤维素复合材料作为电热致动器的导电层和活性层。

图 12 MXene应用于湿式电致动器。

图 13 MXene应用于光热致动器。

图14 MXene应用于光热致动器2。

图 15 MXene应用于湿度响应致动器。

图16 MXene基致动器应用于软机器人。

结 论

目前合成途径包括有毒的酸处理和氧化对于MXene的大多数应用是一个致命的问题。虽然MXene在许多领域得到了广泛的应用，但是仍需要改进MXene的合成工艺，提高稳定性等。更稳定的MXene材料的制备工艺将大大提高致动器的稳定性，最终拓展进一步的应用。MXene性能的探析也有利于致动器对于MXene的选择。选择合适的型号并开发合适的MXene复合体系用于下一代致动器系统，在工程应用中至关重要。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201909504

信息来源： MXene学术