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一塊材料，通電后能自我變形、能牢牢吸附物體、還能像手術(shù)刀般精準(zhǔn)切割液滴。3月11日，西北工業(yè)大學(xué)張衛(wèi)紅院士團(tuán)隊(duì)與香港城市大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《科學(xué)進(jìn)展》發(fā)表論文，宣布成功研發(fā)“電活性界面增強(qiáng)介電彈性體”（EIEDE）。這種新材料通過(guò)在介電彈性體中引入極性小分子添加劑，首次實(shí)現(xiàn)了大應(yīng)變驅(qū)動(dòng)、超強(qiáng)電吸附與可控電潤(rùn)濕的協(xié)同集成，讓智能材料從被動(dòng)的“結(jié)構(gòu)部件”進(jìn)化為主動(dòng)的“交互界面”。

讓材料學(xué)會(huì)“擁抱”

電活性聚合物是一類能夠在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生大幅度形變的智能材料，分為離子型和電子型。作為電子型電活性聚合物的代表，介電彈性體已廣泛應(yīng)用于人工肌肉、仿生機(jī)器人、可穿戴智能設(shè)備等核心場(chǎng)景。

但在西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院教授張軍詩(shī)看來(lái)，這個(gè)看似成熟的應(yīng)用版圖，其實(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有觸及材料的真正潛能?！斑^(guò)去十余年的研究，大多聚焦于材料的‘本征特性’——也就是它自己在電場(chǎng)下如何伸縮變形。”張軍詩(shī)說(shuō)，“這其實(shí)低估了材料的潛力?！?/p>

他打了個(gè)比方：“一個(gè)人力氣再大，如果不知道怎么和別人握手、擁抱，他的社交能力依然是零。材料也一樣，真正決定應(yīng)用天花板的，往往是它如何與外界互動(dòng)的‘界面’能力?！?/p>

基于這一思考，團(tuán)隊(duì)跳出傳統(tǒng)框架，不再只盯著材料的“體內(nèi)”變形，而是轉(zhuǎn)向材料的“表面”社交。研究人員通過(guò)在介電彈性體中引入極性小分子添加劑，使材料在電場(chǎng)作用下具備了對(duì)固體和液體界面進(jìn)行主動(dòng)調(diào)控的交互能力。

在一場(chǎng)與行業(yè)傳統(tǒng)材料（P7670）的“吸力大比拼”中，EIEDE在一塊金屬網(wǎng)電極上的吸附強(qiáng)度達(dá)到了31.75千帕，是傳統(tǒng)材料的488倍?！斑@不僅是對(duì)平整表面，就連坑洼的金屬片、鏤空的金屬網(wǎng)甚至細(xì)細(xì)的金屬絲，它都能一把‘抓’住?！蔽鞅惫I(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院副教授劉磊說(shuō)，“這為爬壁機(jī)器人吸附粗糙表面、工業(yè)機(jī)械臂無(wú)損抓取異形精密件提供了全新的想象空間?！?/p>

從運(yùn)輸?shù)角懈畹奈⒂^革命

如果說(shuō)強(qiáng)吸附是材料“手”的力量，那么對(duì)液滴的操控，則展示了它“指尖”的靈巧。

實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)展示了一場(chǎng)精妙的“液滴芭蕾”。當(dāng)一滴水接觸材料正極時(shí)，其表面瞬間從“疏水狀態(tài)”轉(zhuǎn)變?yōu)闃O度親水，接觸角從83.15°驟降至9.92°；而接觸負(fù)極時(shí)，又產(chǎn)生“抗電潤(rùn)濕”效應(yīng)，液滴迅速回縮。

通過(guò)一個(gè)電場(chǎng)開關(guān)，就能讓液滴的鋪展程度實(shí)現(xiàn)超大范圍的調(diào)控。劉磊表示，基于此原理開發(fā)的液滴吸附裝置，在施加電壓時(shí)吸附液滴，撤去電壓則釋放液滴，實(shí)現(xiàn)了液滴的穩(wěn)定運(yùn)輸。

利用正負(fù)極的差異和電極形狀的優(yōu)化，團(tuán)隊(duì)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)液滴的精確“切割”?！斑@意味著我們可以在芯片上像剪刀裁布一樣，精準(zhǔn)分配液滴?！蔽鞅惫I(yè)大學(xué)博士研究生閆晗解釋道。團(tuán)隊(duì)還進(jìn)一步演示了多探針檢測(cè)：利用電潤(rùn)濕誘導(dǎo)液滴變形、運(yùn)輸、分割和錨定，多個(gè)小液滴被精準(zhǔn)定位在不同的探針上，同步進(jìn)行檢測(cè)，極大增加了感應(yīng)面積。

西北工業(yè)大學(xué)研究生院院長(zhǎng)、教授朱繼宏表示，這項(xiàng)研究有望促進(jìn)“材料從被動(dòng)向主動(dòng)轉(zhuǎn)型”的智能化發(fā)展。“這為未來(lái)智能微流控平臺(tái)的研發(fā)提供了全新思路，比如在生物醫(yī)療領(lǐng)域，可以實(shí)現(xiàn)微量樣本的自動(dòng)分配與并行檢測(cè)?！遍Z晗補(bǔ)充道。