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  介電驅(qū)動(dòng)器因其柔軟性，高能量密度，無(wú)聲操作等優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是最有前途的軟驅(qū)動(dòng)器。介電驅(qū)動(dòng)器容易磨損或在高電場(chǎng)下部分損壞，導(dǎo)致整個(gè)器件功能喪失。將自修復(fù)功能引入到驅(qū)動(dòng)器有利于延長(zhǎng)其使用壽命和安全性。目前，研究者主要嘗試將自愈合引入到介電驅(qū)動(dòng)器，但大多數(shù)專注于電極或介電層單一修復(fù)。驅(qū)動(dòng)器功能性的恢復(fù)需要器件的整體自愈合。因此，在介電驅(qū)動(dòng)器中，實(shí)現(xiàn)器件的整體自愈合以及保持界面良好的相容性是亟需解決的一大難題。

  為了提高介電驅(qū)動(dòng)器的可靠性，李承輝教授課題組通過(guò)對(duì)聚合物分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，合成了具有自修復(fù)性質(zhì)的聚二甲基硅氧烷/聚苯胺聚合物（PDMS-PANI_n）。通過(guò)調(diào)節(jié)聚苯胺的含量，得到了具有自修復(fù)性質(zhì)的介電彈性體和導(dǎo)電彈性體，分別作為驅(qū)動(dòng)器的介電層和導(dǎo)電層(圖1)。由于電極和介電層具有相同的聚合物基體，因此聚合物鏈可以沿著電極和介電層以及受損面界面有效擴(kuò)散，從而確保了器件的完整性。

圖1自修復(fù)聚合物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

  作者分別使用PDMS-PANI_2.5介電彈性體和PDMS-PANI₂₀導(dǎo)電彈性體組裝成PDMS-AN-ANE驅(qū)動(dòng)器器件（圖2）。SEM圖和元素mapping圖顯示了該器件具有模糊的三明治結(jié)構(gòu)并且可以觀察到介電層和電極層在界面處互穿，暗示了介電層和導(dǎo)電層具有良好的相容性，這有利于器件的整體自愈合。

圖2具有三明治結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器器件(a)側(cè)視圖和(b)渲染的SEM圖，（c）組裝器件相應(yīng)元素mapping圖

  作者將PDMS-AN-ANE器件切成兩段后，在25℃愈合48小時(shí)得到具有整體修復(fù)的PDMS-AN-ANE器件（圖3）。斷裂表面的SEM圖像顯示出愈合后的PDMS-AN-ANE驅(qū)動(dòng)器在受損部位顯示良好的界面愈合。修復(fù)的PDMS-AN-ANE器件在15.8 V/μm高電場(chǎng)時(shí)表現(xiàn)出1.62％的驅(qū)動(dòng)應(yīng)變。實(shí)現(xiàn)介電驅(qū)動(dòng)器整體自修復(fù)的策略是前所未有的，同樣也適用于其他電子設(shè)備。

圖3（a）兩種不同顏色的PDMS-AN-ANE器件樣品。(b)PDMS-AN-ANE器件被切成兩段。(c)兩個(gè)不同顏色的部件整體自修復(fù)成一個(gè)新的介電驅(qū)動(dòng)器。(d)自修復(fù)的PDMS-AN-ANE驅(qū)動(dòng)器斷裂表面的SEM照片。(e)介電驅(qū)動(dòng)器在25℃愈合48小時(shí)并施加15.8 V/μm高壓后的照片。(f)原始PDMS-AN-ANE器件和自愈試樣在電場(chǎng)中的驅(qū)動(dòng)應(yīng)變。

  以上相關(guān)成果以“A Dielectric Elastomer Actuator That Can Self-Heal Integrally”為題，近期在線發(fā)表于《ACS Appl. Mater. Interfaces》。論文的第一作者是南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院博士生段磊，通訊作者為李承輝教授。該研究工作也得到了左景林教授和賴建誠(chéng)博士的大力支持。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c11697