趙勇 劉磊 中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 孫海華

一塊材料，它自己能去做些什么？

在大多數(shù)人印象里，材料是“被動”的——鋼鐵能承重、塑料能絕緣、橡膠可用于密封……但如果告訴你，有一種新材料，給它通上電，它就能自己變形、能牢牢吸附物體，還能精準(zhǔn)操控液滴，你會不會覺得“這有點(diǎn)像科幻電影里的設(shè)定”？

記者從西北工業(yè)大學(xué)獲悉：近日，由該校張衛(wèi)紅院士團(tuán)隊(duì)和香港城市大學(xué)組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)把這個(gè)“設(shè)定”變成了現(xiàn)實(shí)——

通過在介電彈性體材料中加入極性小分子添加劑，團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種名為“電活性界面增強(qiáng)介電彈性體”（EIEDE）的新型智能材料，實(shí)現(xiàn)了大應(yīng)變驅(qū)動、強(qiáng)電吸附和可控電潤濕效應(yīng)的集成。

簡單地說，這款新型材料能“動”、能“吸”，還能“玩轉(zhuǎn)液滴”，將為軟體機(jī)器人、先進(jìn)制造和微流控技術(shù)等領(lǐng)域帶來革命性的應(yīng)用前景。

該研究的論文日前已發(fā)表于國際知名期刊《科學(xué)進(jìn)展》。

打破“單一模式”的限制

電活性聚合物是一類能夠在電場作用下，產(chǎn)生大幅度形變的智能材料，分為離子型和電子型。

作為電子型電活性聚合物的代表，介電彈性體已廣泛應(yīng)用于人工肌肉、仿生機(jī)器人、可穿戴智能設(shè)備等核心場景。以往，對這類智能材料（介電彈性體）的研究，大都集中在它的“本征特性”上——也就是材料自己在電場下如何伸縮變形。

然而，這嚴(yán)重低估了介電彈性體的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。因?yàn)椴牧险嬲齾柡Φ牡胤剑谟谒绾魏屯饨缁印热缒懿荒芾卫巫プ|西？能不能操控液體？這些“界面相互作用”才是解鎖它潛力的關(guān)鍵。

此次，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地在材料中加入了一種特殊的“極性小分子添加劑”，成功激活了材料的“社交能力”。

讓“抓得住”有了新定義

想象一下，一塊柔軟的“電子皮膚”，不僅能變形，還能產(chǎn)生驚人的抓力。

實(shí)驗(yàn)人員讓它和傳統(tǒng)材料（P7670）進(jìn)行了一場“吸力大比拼”。結(jié)果形成了鮮明對比：在一塊金屬網(wǎng)電極上，新型智能材料的吸附強(qiáng)度達(dá)到了31.75kPa，是傳統(tǒng)材料的488倍。

這意味著什么？它不僅能把平整的表面吸得牢牢的，就連坑坑洼洼的金屬片、鏤空的金屬網(wǎng)，甚至細(xì)細(xì)的金屬絲，它都能一把“抓”??！

這項(xiàng)技術(shù)，直接打破了傳統(tǒng)吸附裝置的局限。未來，爬墻機(jī)器人可以輕松吸附在粗糙的金屬表面上進(jìn)行檢修；工業(yè)機(jī)械臂可以無損抓取各種形狀不規(guī)則的精密零件——這為機(jī)器人技術(shù)和先進(jìn)制造打開了一扇全新的大門。

一滴水在上面想攤開就攤開，想回縮就回縮

操控液滴是它的另一項(xiàng)絕活。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一滴水接觸到材料的正極時(shí)，神奇的事情發(fā)生了：材料表面就像被施了魔法，從原本排斥水的“疏水狀態(tài)”——水滴像落在荷葉上，接觸角83.15°，瞬間變成了極度親水的“親水狀態(tài)”——水滴幾乎攤平成一張“薄餅”，接觸角僅9.92°。

秘密就在于，材料中的小分子添加劑，在電場作用下，改變了材料特性。這意味著，通過一個(gè)電場開關(guān)，就能讓液滴的鋪展程度實(shí)現(xiàn)超大范圍的調(diào)控。

基于此原理開發(fā)的液滴吸附裝置，在施加電壓時(shí)吸附液滴，撤去電壓則釋放液滴，實(shí)現(xiàn)了液滴的穩(wěn)定運(yùn)輸。

更妙的是，當(dāng)液滴接觸到負(fù)極時(shí)會產(chǎn)生“抗電潤濕”效應(yīng)，增強(qiáng)局部疏水性——材料變得更“討厭”水，液滴立刻“回縮”。

這項(xiàng)材料還能做什么？

利用這種正負(fù)極的差異，團(tuán)隊(duì)又“玩”出了新高度。

他們設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)：通過優(yōu)化電極形狀，實(shí)現(xiàn)了對液滴的精確“切割”——想把它一分為二？沒問題。一分為三？一分為四？通通可以。只需通過電場和電極形狀控制，就能像剪刀裁布一樣，把一個(gè)大液滴精準(zhǔn)地“剪”成幾個(gè)小液滴。

“這項(xiàng)研究的突破性在于，它徹底顛覆了我們對智能材料的傳統(tǒng)認(rèn)知。”團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人告訴記者：一個(gè)材料不再只是一個(gè)被動的部件，而是一個(gè)集大應(yīng)變驅(qū)動（像肌肉）、超強(qiáng)電吸附（像手）、智能液滴操控（像指尖）于一體的“全能型選手”。

它的誕生，為軟體機(jī)器人、先進(jìn)制造、微流控技術(shù)等領(lǐng)域帶來了新的想象空間：爬壁機(jī)器人可以輕松攀爬各種粗糙金屬表面，進(jìn)行高空檢修；微流控設(shè)備可以在一個(gè)芯片上自動完成復(fù)雜液滴的分配與反應(yīng)；智能吸附系統(tǒng)能在工業(yè)制造中無損抓取精密或脆弱的零部件……

來源：中國青年報(bào)客戶端