新款智能材料学会主动“社交”

　　一块材料，通电后能自我变形、牢牢吸附物体、还能像手术刀般精准切割液滴。近日，中国科学院院士、西北工业大学教授张卫红团队与香港城市大学联合团队在国际期刊《科学进展》上发表论文，宣布成功研发出“电活性界面增强介电弹性体”(EIEDE)。这种新材料通过在介电弹性体中引入极性小分子添加剂，首次实现了大应变驱动、超强电吸附与可控电润湿的协同集成，使得智能材料从被动的“结构部件”进化为主动的“交互界面”。

　　电活性聚合物是一类能够在电场作用下产生大幅度形变的智能材料，分为离子型和电子型。作为电子型电活性聚合物的代表，介电弹性体已广泛应用于人工肌肉、仿生机器人、可穿戴智能设备等核心场景。

　　但在西北工业大学机电学院教授张军诗看来，这个看似成熟的应用版图，其实还远远没有激发材料的真正潜能。“过去十余年的研究，大多聚焦于材料的‘本征特性’——也就是它自己在电场下如何伸缩变形。”张军诗说，“这其实低估了材料的潜力。”

　　他打了个比方：“一个人力气再大，如果不知道怎么和别人握手、拥抱，他的社交能力依然是零。材料也一样，真正决定应用天花板的，往往是它如何与外界互动的‘界面’能力。”

　　基于这一思考，团队跳出传统框架，不再只盯着材料的“体内”变形，而是转向材料的“表面”社交。研究人员通过在介电弹性体中引入极性小分子添加剂，使材料在电场作用下具备了对固体和液体界面进行主动调控的交互能力。

　　在一场与行业传统材料(P7670)的“吸力大比拼”中，EIEDE在一块金属网电极上的吸附强度达到了31.75千帕，是传统材料的488倍。“不仅是平整表面，就连坑洼的金属片、镂空的金属网甚至细细的金属丝，它都能一把‘抓’住。”西北工业大学机电学院副教授刘磊说，“这为爬壁机器人吸附粗糙表面、工业机械臂无损抓取异形精密件提供了全新的想象空间。”

　　如果说强吸附是材料“手”的力量，那么对液滴的操控，则展示了它“指尖”的灵巧。

　　实验中，团队展示了一场精妙的“液滴芭蕾”。当一滴水接触材料正极时，其表面瞬间从疏水状态转变为极度亲水，接触角从83.15°骤降至9.92°;而接触负极时，又产生抗电润湿效应，液滴迅速回缩。

　　通过一个电场开关，就能对液滴的铺展程度进行超大范围的调控。刘磊表示，基于此原理开发的液滴吸附装置，在施加电压时吸附液滴，撤去电压则释放液滴，实现了液滴的稳定运输。

　　利用正负极的差异和电极形状的优化，团队还实现了对液滴的精确“切割”。“这意味着我们可以在芯片上像剪刀裁布一样，精准分配液滴。”西北工业大学博士研究生闫晗解释道。团队还进一步演示了多探针检测：利用电润湿诱导液滴变形、运输、分割和锚定，将多个小液滴精准定位在不同的探针上，同步进行检测，极大增加了感应面积。

　　西北工业大学研究生院院长、教授朱继宏表示，这项研究有望促进材料从被动向主动转型的智能化发展。“这为未来智能微流控平台的研发提供了全新思路，比如在生物医疗领域，可以实现微量样本的自动分配与并行检测。”闫晗补充道。

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