DOI:10.1016/j.snb.2019.127519
纳米纤维人造肌肉的独特特性包括高比表面积、高孔隙率、柔韧性以及与天然肌肉结构的相似性，使其成为用于先进技术的理想选择。在这项研究中，生产了聚氨酯/聚吡咯（PU/PPy）纳米纤维弯曲人造肌肉，并评估了重要的电解质规格，包括离子的浓度、类型和大小对电化学性能的贡献。产生的肌肉的弯曲动作随着电解质溶液的浓度而增加，并且在较低的浓度下以较高的速率观察到这种增加。我们发现电解质离子的性质是决定离子与导电聚合物交换机理的关键因素。在阴离子交换机构中使用较大的阴离子会导致较大的弯曲运动。例如，在相同的电位范围内，使用LiTFSI电解质溶液代替LiCl，可使弯曲位移从31°增加到250°以上。浸入0.1 M LiTFSI电解质溶液中，制得的纳米纤维人造肌肉在-0.8 V至0.8 V的循环电势中显示出超过720°的显著弯曲位移。这种惊人的驱动性能显示了所生产的电化学机械人造肌肉在实际应用中的巨大潜力。
图1.生产PU/PPy纳米纤维的电纺装置和化学聚合过程的示意图。
图2.（a）弯曲纳米纤维PU/PPy人造肌肉的示意图和（b）实际图像。
图3.用于测量PU/PPy纳米纤维层表面电阻率的四点探针法示意图。
图4.用于电化学驱动PU/PPy纳米纤维人造肌的电化学电池作为工作电极，以Ag/AgCl电极为参比电极，不锈钢板为辅助电极。
图6.PU/PPy纳米纤维的放大FESEM截面图：（a）4000x和（b）120000x。
图7.PU和PU/PPy纳米纤维层的TGA热谱图。
图8.（a）在浓度范围为0.025 M至1 M的LiClO4电解质中，PU/PPy纳米纤维人造肌肉在-0.8 V至0.5 V相对于Ag/AgCl的循环伏安响应。（b）纳米纤维人造肌肉在不同浓度的电解质溶液中驱动时消耗的电荷。（c）电解液浓度对角位移的影响。（d）人造肌肉的角位移与消耗的电荷之间的关系。
图9.对甲苯磺酸钠的化学结构。
图10.（a）在0.1 M NapTS水溶液中，扫描速度为5m V/s时，PU/PPy纳米纤维人造肌肉在-0.8 V至0.5 V相对于Ag/AgCl的循环伏安响应，（b）动态伏安响应。
图11.用于制备电解质溶液的LiCl、LiClO4和LiTFSI盐的化学结构。
图12.在0.1 M的LiCl、LiClO4和LiTFSI水溶液中，PU/PPy纳米纤维人造肌肉在-0.8V至0.5V相对于Ag/AgCl的循环伏安响应。
图13.在0.1 M LiCl和LiClO4电解质溶液中，PU/PPy纳米纤维人造肌肉在-0.8V至0.5V相对于Ag/AgCl之间的循环伏安响应。
图14.纳米纤维PPy中离子交换机理的示意图，该离子交换机理为（a）LiCl、（b）LiClO4、（c）LiTFSI和（d）NapTS电解质溶液。
图15.PU/PPy纳米纤维人造肌肉在不同电解质溶液中弯曲位移的大小。
图16.在0.1 m LiTFSI电解质溶液中，扫描速度为5 mV/s时，PU/PPy纳米纤维人工肌肉在-0.8 V至0.8 V之间相对于Ag/AgCl的循环伏安响应。
图17.在0.1 M LiTFSI电解质溶液中，纳米纤维PU/PPy人造肌肉在-0.8 V至0.8 V的电势循环进行电化学驱动期间，相对于Ag/AgCl（左侧PU/PPy纳米纤维/右侧胶带）的角位移照片。
