【引言】

納米多孔固體（np）是一種新興的驅(qū)動(dòng)材料，在低工作電壓（約 1 V）下可以產(chǎn)生大的可逆應(yīng)變(驅(qū)動(dòng)沖程)。np 固體驅(qū)動(dòng)器是通過改變電化學(xué)或化學(xué)環(huán)境中固體表面的表面應(yīng)力來工作的。這導(dǎo)致了宏觀 np 固體材料的可逆體積膨脹 / 收縮。

【成果介紹】

我們報(bào)告了一種增加納米多孔金（npg）電化學(xué)致動(dòng)器線性行程的策略，方法是在 npg 中加入固體和平行金層，形成 Au/npg 多層復(fù)合材料。使用 LINSEIS L75 膨脹計(jì)上的原位膨脹計(jì)（DIL）實(shí)驗(yàn)對(duì)驅(qū)動(dòng)行為進(jìn)行了表征。垂直于層平面方向的驅(qū)動(dòng)沖程大于混合物預(yù)測(cè)規(guī)則，并且可以比整體 npg 的驅(qū)動(dòng)沖程大 20 % ；同時(shí)，多層復(fù)合材料比 npg 整體材料更硬。目前的研究提供了一種同時(shí)增加驅(qū)動(dòng)應(yīng)變、驅(qū)動(dòng)材料的有效剛度和機(jī)械穩(wěn)定性，從而提高 np 固體致動(dòng)器整體性能的方法。在電化學(xué)環(huán)境，

【圖文導(dǎo)讀】

圖1：(a) 隨機(jī) Au/npg 復(fù)合材料，(b) 堆疊 Au/npg 層，(c) Au/npg 多層復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖。 (d) 根據(jù)式 1-3 分別預(yù)測(cè)的復(fù)合材料的驅(qū)動(dòng)行程與獨(dú)立整體式 npg 的驅(qū)動(dòng)行程之比。

圖2：（a）Au/npg 多層復(fù)合材料的合成路線。（b）不同 Au 層體積分?jǐn)?shù)的 Au₂₅Ag₇₅及Au/Au₂₅Ag₇₅ 多層復(fù)合材料的 SEM 圖像。 （c）含 20 vol. % Au 的 Au/npg 多層復(fù)合材料的 SEM 圖像和 npg 相的放大圖像。

圖3：在 1M HClO₄水溶液中，掃描速度為 5 mV/s ，測(cè)量 npg ((a) 和 (b)) 和 Vnpg = 90% 的 Au/npg 多層復(fù)合材料 （（c）和（d））的電化學(xué)驅(qū)動(dòng)。（a） 和（c）長(zhǎng)度和電流隨電位的變化曲線。(b) 和 (d) 樣品長(zhǎng)度(Δl/l₀)、累積電荷 (Δq) 和電勢(shì) (E) 隨時(shí)間的變化。

圖4： (a) Au/npg 多層復(fù)合材料的驅(qū)動(dòng)應(yīng)變幅值隨 npg (Vnpg) 體積分?jǐn)?shù)的函數(shù)圖。在垂直于層平面的方向上對(duì)驅(qū)動(dòng)進(jìn)行表征。(b) Au/npg 多層復(fù)合材料的驅(qū)動(dòng)應(yīng)變與 npg 整體體驅(qū)動(dòng)應(yīng)變之比的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論預(yù)測(cè)的比較。

【結(jié)論】

總之，我們證明了 Au/npg 多層復(fù)合材料在垂直于層面的方向上的電化學(xué)驅(qū)動(dòng)行程比獨(dú)立的、整體式的、相同結(jié)構(gòu)尺寸的 npg 樣品要大20%。應(yīng)變放大是通過橫向限制 npg 層的體積變化來實(shí)現(xiàn)的，這種變化會(huì)在軸向引起附加應(yīng)變。這一發(fā)現(xiàn)為同時(shí)提高線性驅(qū)動(dòng)行程、驅(qū)動(dòng)材料剛度和力學(xué)性能、輸出驅(qū)動(dòng)應(yīng)力和工作密度提供了途徑，從而大大提高 np 型固體驅(qū)動(dòng)器的整體性能。