能“动”能“吸”，还能“玩转液滴”——我国团队研发出新型智能材料

赵勇 刘磊 中青报·中青网记者 孙海华

一块材料，它自己能去做些什么？

在大多数人印象里，材料是“被动”的——钢铁能承重、塑料能绝缘、橡胶可用于密封……但如果告诉你，有一种新材料，给它通上电，它就能自己变形、能牢牢吸附物体，还能精准操控液滴，你会不会觉得“这有点像科幻电影里的设定”？

记者从西北工业大学获悉：近日，由该校张卫红院士团队和香港城市大学组成的联合团队把这个“设定”变成了现实——

通过在介电弹性体材料中加入极性小分子添加剂，团队成功研发出一种名为“电活性界面增强介电弹性体”（EIEDE）的新型智能材料，实现了大应变驱动、强电吸附和可控电润湿效应的集成。

简单地说，这款新型材料能“动”、能“吸”，还能“玩转液滴”，将为软体机器人、先进制造和微流控技术等领域带来革命性的应用前景。

该研究的论文日前已发表于国际知名期刊《科学进展》。

打破“单一模式”的限制

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。以往，对这类智能材料（介电弹性体）的研究，大都集中在它的“本征特性”上——也就是材料自己在电场下如何伸缩变形。

然而，这严重低估了介电弹性体的应用前景和发展潜力。因为材料真正厉害的地方，在于它如何和外界互动——比如能不能牢牢抓住东西？能不能操控液体？这些“界面相互作用”才是解锁它潜力的关键。

此次，团队创新性地在材料中加入了一种特殊的“极性小分子添加剂”，成功激活了材料的“社交能力”。

让“抓得住”有了新定义

想象一下，一块柔软的“电子皮肤”，不仅能变形，还能产生惊人的抓力。

实验人员让它和传统材料（P7670）进行了一场“吸力大比拼”。结果形成了鲜明对比：在一块金属网电极上，新型智能材料的吸附强度达到了31.75kPa，是传统材料的488倍。

这意味着什么？它不仅能把平整的表面吸得牢牢的，就连坑坑洼洼的金属片、镂空的金属网，甚至细细的金属丝，它都能一把“抓”住！

这项技术，直接打破了传统吸附装置的局限。未来，爬墙机器人可以轻松吸附在粗糙的金属表面上进行检修；工业机械臂可以无损抓取各种形状不规则的精密零件——这为机器人技术和先进制造打开了一扇全新的大门。

一滴水在上面想摊开就摊开，想回缩就回缩

操控液滴是它的另一项绝活。

研究人员发现，当一滴水接触到材料的正极时，神奇的事情发生了：材料表面就像被施了魔法，从原本排斥水的“疏水状态”——水滴像落在荷叶上，接触角83.15°，瞬间变成了极度亲水的“亲水状态”——水滴几乎摊平成一张“薄饼”，接触角仅9.92°。

秘密就在于，材料中的小分子添加剂，在电场作用下，改变了材料特性。这意味着，通过一个电场开关，就能让液滴的铺展程度实现超大范围的调控。

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。

更妙的是，当液滴接触到负极时会产生“抗电润湿”效应，增强局部疏水性——材料变得更“讨厌”水，液滴立刻“回缩”。

这项材料还能做什么？

利用这种正负极的差异，团队又“玩”出了新高度。

他们设计了一个巧妙的实验：通过优化电极形状，实现了对液滴的精确“切割”——想把它一分为二？没问题。一分为三？一分为四？通通可以。只需通过电场和电极形状控制，就能像剪刀裁布一样，把一个大液滴精准地“剪”成几个小液滴。

“这项研究的突破性在于，它彻底颠覆了我们对智能材料的传统认知。”团队负责人告诉记者：一个材料不再只是一个被动的部件，而是一个集大应变驱动（像肌肉）、超强电吸附（像手）、智能液滴操控（像指尖）于一体的“全能型选手”。

它的诞生，为软体机器人、先进制造、微流控技术等领域带来了新的想象空间：爬壁机器人可以轻松攀爬各种粗糙金属表面，进行高空检修；微流控设备可以在一个芯片上自动完成复杂液滴的分配与反应；智能吸附系统能在工业制造中无损抓取精密或脆弱的零部件……

来源：中国青年报客户端