DOI: 10.1016/j.snb.2021.129520

本研究采用静电纺丝法制备了一种湿度响应型双层致动器。首先制备具有不同纤维排列方式和厚度的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）/聚丙烯酸（PAA）活性层，并将其与聚酰亚胺薄膜相结合。当相对湿度为10％-80％时，研究者观察了致动器的弯曲运动。在静电纺丝PVP/PAA层的过程中，随着收集速度和收集时间的增加，纤维取向度和膜厚度均增加。在整个实验过程中，排列整齐或较厚的致动器显示出更高的曲率变化。然而，由于扩散速率较低，厚致动器对相对湿度变化的敏感性较低。为了克服此缺点，研究人员在静电纺丝之前向PVP/PAA溶液中加入了金属-有机骨架（MOF）纳米粒子，以增强致动器的灵敏度。因此，MOF致动器对湿度高度敏感，并显示出较大的曲率变化，在与裸PVP/PAA致动器相同的厚度下产生了约5.5μmN的高驱动力。综上所述，该致动器具有性能可控、驱动力高等优点，可应用于机器人、能量收集和传感器等领域。

图1.（a）旋转静电纺丝和（b）测量致动器曲率随相对湿度变化的实验装置示意图。

图2.（a）-（d）在滚筒收集器的不同转速下20％PVP/PAA电纺丝表面的SEM图像，以及（e）-（h）显示纤维排列角度的直方图。在180rpm（（a）和（e）），1000rpm（（b）和（f）），1500rpm（（c）和（g））和2000rpm（（d）和（h））的转速下进行静电纺丝。

图3.（a）湿度驱动致动器的照片及其示意图；（b，c）相对于排列角度而言，致动器曲率的变化与（b）时间和（c）相对湿度的函数关系。在1000、1500和2000rpm的转速下制备致动器。在所有情况下，电纺PVP/PAA层的厚度均为30μm。（d，e）相对于电纺PVP/PAA层的厚度而言，致动器曲率的变化与（d）时间和（e）相对湿度的函数关系。PVP/PAA层的厚度为18、30和47μm。在所有情况下，相对湿度为10％-80％。

图4.（a）MOF纳米粒子和（b）MOF嵌入纤维的SEM图像。（c）湿润之前（10％）和湿润之后（80％）裸纤维和MOFF的ESEM图像。（d）裸纤维层和MOFF层浸入水中的溶胀率。

图5.有无MOF纳米粒子的致动器曲率变化与（a）时间和（b）相对湿度的函数关系的比较。（c）18μm MOF致动器的重复性测试。