家里的百葉窗可以根據(jù)環(huán)境變化自動打開和關(guān)閉；衣服可以在冷的時候變厚、熱的時候變?。涣x肢的反應靈敏度比人體肌肉還快……不要以為這是科幻電影和科幻小說里才會出現(xiàn)的情景，這是科學家們在“人工肌肉”材料領(lǐng)域研究的目標，有些目前甚至已經(jīng)可以實現(xiàn)。

復旦大學向澎湃新聞（m.xinlihui.cn）透露，該校復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室、先進材料實驗室彭慧勝教授課題組近日通過對碳納米管的多級螺旋組裝，成功制備了一種新型的纖維狀人工肌肉材料，為實現(xiàn)高性能的驅(qū)動和敏感器件及應用提出了全新的思路。

應用前景：驅(qū)動和智能響應領(lǐng)域應用廣泛

彭慧勝課題組這次的研究成果就是圍繞新型人工肌肉材料展開的，新的成果在驅(qū)動和智能響應領(lǐng)域中有巨大的應用前景。

基于這種新型材料優(yōu)異的驅(qū)動性能，通過巧妙的設(shè)計，研究團隊將會把這種質(zhì)輕、柔順且導電的人工肌肉材料，更多地利用于實際生產(chǎn)生活中。例如，制成可對不同溶劑蒸汽具有選擇性反響應的變形彈簧、發(fā)電機和智能織物等。

彭慧勝教授介紹，這種導電的人工肌肉材料對溶劑響應具有很高的靈敏性和選擇性，在工業(yè)生產(chǎn)和化學品儲存中，可以用來探測毒性溶劑的泄露和預警。簡單來說，在生產(chǎn)或儲存過程中，有毒溶劑及其蒸氣過量或泄露時，人工肌肉材料與危險溶劑或蒸氣接觸，會自動智能地伸縮或旋轉(zhuǎn)，從而觸動警報或安全閥門的開關(guān)，發(fā)出警報告知工作人員，或是關(guān)閉通道防止危險溶劑及蒸氣進一步擴散，減少對人體的危害，將發(fā)生安全事故的可能性降到最低。

下一步，研究團隊將繼續(xù)完善這項研究，并已經(jīng)通過對纖維進行表面改性，實現(xiàn)對水的收縮和旋轉(zhuǎn)響應，并制成可感應濕度變化的智能窗簾。想象一下，如果未來我們的家中或辦公室有了這樣的智能窗簾，那將會是怎么樣的體驗？窗簾可以通過感應濕度的變化，智能地展開或閉合，可以智能地調(diào)節(jié)展開的幅度大小，從而影響房間內(nèi)的濕度變化。

除此之外，乙醇是當今一類已經(jīng)廣泛應用的新型生物質(zhì)燃料，該類敏感材料在乙醇浸潤下可產(chǎn)生高速的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，其實質(zhì)是表面能與動能的轉(zhuǎn)化，進一步在纖維低端連接一個銅線圈并引入磁場，就可以用來產(chǎn)生電能，從而實現(xiàn)生物能-動能-電能的轉(zhuǎn)化

全新突破：響應速度更快 運動形式多樣

其實，科學界對人工肌肉材料的研究很早就開始了，但傳統(tǒng)的人工肌肉材料多是基于功能性的高分子材料，其對溶劑的響應速度很慢，運動形式單一，只是簡單的膨脹或彎曲，且不容易控制。這次彭慧勝團隊就突破了傳統(tǒng)的材料，使用的碳納米管具有很高的比表面積，且質(zhì)量輕，導電性好，在該領(lǐng)域取得了新的突破。

據(jù)彭慧勝教授介紹，這項研究首先是受植物內(nèi)部螺旋結(jié)構(gòu)的啟發(fā)。自然界中，很多植物都會對外界環(huán)境（如濕度的變化）的刺激產(chǎn)生新奇的運動行為，如松果隨濕度變化產(chǎn)生彎曲變形，種芒在潮濕土壤表面發(fā)生卷繞運動，以及絲瓜卷須的螺旋生長等。這些植物運動對植物繁殖生長、自我防衛(wèi)和養(yǎng)料攝取等方面起著至關(guān)重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，植物內(nèi)部纖維素微纖的螺旋排布是導致上述植物運動的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

研究團隊以具有高比表面積、優(yōu)異的力學和電學性能取向的碳納米管為基本單元，并對其進行多級螺旋構(gòu)筑，在纖維內(nèi)部形成了大量的納米和微米尺度的管道結(jié)構(gòu)，這種多級管道結(jié)構(gòu)可以使溶劑快速高效地濕透到纖維內(nèi)部(圖 3c-h)。其對溶劑的響應速度比傳統(tǒng)的高分子基敏感材料高三個數(shù)量級，并可以同時產(chǎn)生強勁的收縮和旋轉(zhuǎn)運動。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計為制備高性能的智能響應材料和器件開辟了一個全新的思路。

當具有多級螺旋結(jié)構(gòu)的碳納米管纖維有機溶劑（如乙醇）及其蒸汽接觸，可產(chǎn)生優(yōu)異的扭轉(zhuǎn)和收縮運動，該類纖維狀人工肌肉還可以產(chǎn)生強勁的收縮響應，其收縮強度是人類骨骼肌的10倍，并可以在幾十毫秒內(nèi)完成，遠高于目前傳統(tǒng)的溶劑敏感材料的響應速度，也高于植物界響應最快的植物——食蠅草的“捕食”速度。進一步研究表明，通過多級螺旋構(gòu)筑，纖維內(nèi)部形成的大量微米級和納米級的螺旋管道對纖維優(yōu)異的旋轉(zhuǎn)和收縮性能具有至關(guān)重要的作用。