成果简介
通过调节电化学特性的电导率和电容，实现高效的离子传输和丰富的响应模式对软电离子致动器至关重要。然而，能够快速制造出具有多模式响应能力的活性电极材料的成本效益高且直接的方法仍然有限。本文，厦门大学Jianyi Zheng、吴德志教授在《ADVANCED MATERIALS》期刊发表名为“Reinforced Magnetic-Responsive Electro-Ionic Artificial Muscles by 3D Laser-Induced Graphene Nano-Heterostructures”的论文，研究报告了一步式超快激光直接图案化方法，该方法可轻松合成由三维石墨烯框架内独特的钴磷共掺杂核壳异质结构衍生的电和磁活性电极材料，用于实现双模响应的电离子致动器。
设计的纳米纤维结构异质界面横跨电极和电解质，进一步促进了高效的电子/离子传输。所开发的软致动器表现出卓越的致动性能，在超低±0.5 V电压下峰峰位移可达13.08 mm，在1 V电压下200 mT直流偏转加倍，1.38 s的超快响应和长期稳定性（在约106 000次循环中保持>90%），甚至在特殊±10 mV电压下可检测到约280µm的弯曲。在机械应变和电刺激下促进干细胞分化和增殖的前景看好，这也为促进具有超高驱动性能的生物医学软机器人技术的可能性提供了更多启示。
图文导读
图1. Co（Ox/Px）衍生的P掺杂LIG的电子/离子传输机制、结构调制和双响应离子软致动器的潜在应用的示意图
图2、Co（Ox/Px）衍生P掺杂LIG的纳米结构表征。
图3、纳米级Co（Ox/Px）@P-LIG活性电极材料的深入物理化学和结构鉴定
图4、Co(Ox/Px)@P-LIG-P.P 软致动器的电离子致动性能。
图5、通过Co（Ox/Px）@P-LIG-P.P软致动器诱导PCL对齐纤维支架上MSCs分化和增殖的双模刺激的潜在应用示范。
图6、Co（Ox/Px）@P-LIG-P.P软致动器在电场和磁场下的双响应驱动性能
小结
总之，基于新型Co/P共掺杂纳米粒子的磁响应电离子软致动器已经开发成功，这些纳米粒子具有核壳构型，通过单步激光直接图案化技术与三维石墨烯框架结合在一起。研究人员对集成Co(Ox/Px)@P-LIG纳米复合材料的物理化学性质、电化学特性和能带结构进行了深入研究，以了解设计高性能多响应致动器的基本机制。从结构上看，所设计的基于纳米纤维的横跨电极和电解质的异质界面显著增强了所设计致动器内的高效电子/离子传输。活性材料表现出狭窄的磁滞现象，饱和磁化率为9.80Am2 kg-1，同时伴有较小的剩磁和矫顽力值。
Co（Ox/Px）@P-LIG-P.P致动器表现出153.0mF cm−2的高面电容，显著提高了致动性能，在超低±0.5 V下峰间位移为13.08mm，在200mT下直流偏转加倍，超快响应时间为1.38 s，具有出色的稳定性（即使在约106 000次循环后也有<10%的退化），即使在±10 mV下也有约280µm的可检测弯曲。软致动器支持的自动化平台的前景广阔，能够同时为MSCs的分化和增殖提供机械应变和电刺激，显示出在不久的将来推进生物医学软机器人技术的巨大潜力。
文献：https://doi.org/10.1002/adma.202407106
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