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  揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）廣泛存在于日常環(huán)境，在生產(chǎn)/生活中對(duì)人體健康和環(huán)境造成危害。傳統(tǒng)VOC檢測(cè)依賴于體積龐大或功能模塊復(fù)雜的氣體傳感器，不僅需要人工操作，增加操作者的暴露風(fēng)險(xiǎn)，且難以兼顧便攜性、快校準(zhǔn)和動(dòng)態(tài)檢測(cè)需求。基于微型軟體機(jī)器人的遠(yuǎn)程自主VOC感知與報(bào)警技術(shù)有望為VOC監(jiān)測(cè)提供一種更便捷安全的方案。然而，實(shí)現(xiàn)軟體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)（驅(qū)動(dòng)）與VOC感知協(xié)同工作仍面臨挑戰(zhàn)。可視化VOC感知是一種直觀高效的檢測(cè)方式，電學(xué)感知?jiǎng)t有望提供更精確的VOC信息。開發(fā)一種兼具顏色變化和電學(xué)功能的VOC響應(yīng)變形材料，有助于實(shí)現(xiàn)VOC信息的“驅(qū)動(dòng)變形-同步動(dòng)態(tài)感知”，對(duì)環(huán)境感知型微型軟體機(jī)器人的探索和發(fā)展有重要意義。

  近日，東華大學(xué)熊佳慶/周欣然團(tuán)隊(duì)提出一種VOC響應(yīng)變形納米纖維膜，通過在壓電聚合物中引入VOC變色填料(SC-PAL/PVDF)，實(shí)現(xiàn)了VOC致變色并增強(qiáng)材料驅(qū)動(dòng)性能和壓電效應(yīng)，用于開發(fā)對(duì)VOC具有視覺-電學(xué)雙模感知能力的全纖維雙層結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器（SCP-BF）。SCP-BF表現(xiàn)出雙向彎曲、顯著穩(wěn)定的顏色變化以及同步壓電信號(hào)輸出，對(duì)VOC類型和濃度具有識(shí)別潛力。該VOC致變色壓電驅(qū)動(dòng)器表現(xiàn)出大彎曲曲率（4.63 cm^-1），超快響應(yīng)速度（4.36 cm^-1 s^-1），200次循環(huán)變色無衰弱、1500次循環(huán)驅(qū)動(dòng)的高穩(wěn)定性，并可自主產(chǎn)生壓電信號(hào)以反映其變形或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。作者證實(shí)了VOC可視化、VOC類型和方向檢測(cè)、光/聲報(bào)警系統(tǒng)以及一系列VOC響應(yīng)智能開關(guān)、抓手和微型機(jī)器人，展示了SCP-BF在VOC動(dòng)態(tài)檢測(cè)與操控方面的可行性和應(yīng)用潛力。

  相關(guān)成果以“All-Fiber Volatile Organics-Perceptive Actuators”為題發(fā)表在《ACS Nano》期刊上，論文第一作者為東華大學(xué)碩士生王爽，通訊作者為熊佳慶研究員和周欣然副研究員。該工作得到國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。

圖1.VOC變色-壓電全纖維驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)及性能

圖2. SC-PAL的合成與表征

圖3. SCP-BF驅(qū)動(dòng)器的VOC致變色性能和壓電性能

圖4. 具有壓電感知力的SCP-BF驅(qū)動(dòng)器

圖5. SCP-BF在VOC操縱、感知和微型機(jī)器人中的應(yīng)用

視頻2. 基于SCP-BF的VOC響應(yīng)微型機(jī)器人

  文章信息：

  S Wang, H Liu, Y Zhang, M Wu, Y Zhang, J Zhang, X Zhou*, J Xiong*, All-Fiber Volatile Organics-Perceptive Actuators, ACS Nano, 2025.

  https://doi.org/10.1021/acsnano.4c16330

  課題組主頁：https://www.x-mol.com/groups/xiong_jiaqing