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    電驅(qū)動(dòng)材料是一種能在外界電信號(hào)的刺激下產(chǎn)生形變的材料，由于它的巨大應(yīng)用價(jià)值，吸引了廣大科研工作者的探索興趣。碳納米管是一種具有優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等性能的新型納米材料，自從1999年美國Texas大學(xué)的Baughman組首先報(bào)道了單臂碳納米管在電解液中的電驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象后，碳納米管的電驅(qū)動(dòng)研究得到了越來越多的關(guān)注。近來，碳納米管/聚合物復(fù)合材料的電驅(qū)動(dòng)性能也同樣引起廣泛關(guān)注，由于碳納米管的加入可以很好的提高聚合物材料的電學(xué)、力學(xué)以及熱學(xué)特性，因此碳納米管復(fù)合材料有望在電驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域取得良好的應(yīng)用前景。

    最近，中科院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所陳韋研究員課題組在碳納米管和生物聚合物分子的復(fù)合材料的可控電驅(qū)動(dòng)性能研究上取得新進(jìn)展。該課題組助理研究員胡穎在導(dǎo)師陳韋研究員指導(dǎo)下，采用簡單的溶液超聲混合、蒸發(fā)成膜的方法，制備了碳納米管/殼聚糖（chitosan）復(fù)合物薄膜，其中高導(dǎo)電的碳納米管在不導(dǎo)電的殼聚糖體中形成了均勻的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)在懸空平放、兩端固定的長條狀薄膜上施加低壓交流信號(hào)時(shí)，可以觀察到其發(fā)生上下振動(dòng)，并且復(fù)合物薄膜產(chǎn)生的電-振動(dòng)位移（波形、頻率）和所施加的電信號(hào)的波形和頻率都保持一致（如圖1所示）。

    該結(jié)果表明，通過控制所施加的電信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的可控電-驅(qū)動(dòng)。其產(chǎn)生的機(jī)理被證實(shí)為碳納米管的電-熱能量轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的復(fù)合物的熱膨脹和收縮。碳管生物復(fù)合材料的可控電驅(qū)動(dòng)性能的發(fā)現(xiàn)和深入研究，可為電驅(qū)動(dòng)材料在人工肌肉、仿生微型機(jī)器人，微流道控制系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展起重要的推動(dòng)作用。

    本研究成果已經(jīng)在美國化學(xué)學(xué)會(huì)ACS Nano網(wǎng)絡(luò)版發(fā)表，同時(shí)美國納米技術(shù)與納米科學(xué)網(wǎng)Nanowerk在新聞聚焦欄目（Spotlight）中以Carbon nanotube/biopolymer composites show promise as artificial muscles為題進(jìn)行了報(bào)道和評(píng)價(jià)。

    上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金（10704051）、蘇州市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（ZXG0713）和國家重大科學(xué)研究計(jì)劃（973項(xiàng)目）（2010CB934700）的資助。

圖1. 懸空放置的條狀碳納米管/殼聚糖聚合物薄膜在電壓關(guān)(a)和電壓開(b)的條件下的光學(xué)圖片

    圖2. 在不同波形的電壓信號(hào)下（紅色曲線）下25wt%的碳納米管/殼聚糖聚合物薄膜的振動(dòng)位移情況（黑色曲線），其中（a）為施加0.1Hz的正弦波（±2.5V），（b）為施加0.1Hz的正向正弦波（0~5V），（c）為施加0.1Hz的正向三角波（0~5V），（d）為施加0.1Hz的正向方波（0~5V）