近日，武汉纺织大学材料科学与工程学院殷先泽教授团队在材料类国际知名期刊《Advanced Materials》发表了题为“Shape-regulated Motion and Energy Conversion of Polyelectrolyte Membrane Actuators”的最新研究成果。武汉纺织大学省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室和材料学院为该论文的第一署名单位和通讯单位，材料学院殷先泽教授为论文第一/通讯作者，材料学院宋毅恒博士和华中科技大学化学与化工学院赵强教授为共同通讯作者。
基于马兰戈尼效应(Marangoni effect)的软物质致动器具有运动性能强、适用性好等特点被广泛应用于软物质机器人、药物运载等领域。然而，Marangoni致动器领域面临着在没有外界刺激(如光、磁场)的情况下难以控制其运动行为的巨大挑战。例如，迄今为止报道的自供能型Marangoni致动器在水面上表现出不可控的随机运动。这种不受控制的运动阻碍了它们在高精度传感和连续能量收集方面的应用，因此传统的Marangoni致动器到目前为止还没有进行能量转换的探索，需要新的方法来解决这一巨大挑战。
针对以上问题，该研究设计了一种双交联结构(镧离子及双烯丙烯酰胺交联)的聚丙烯酰胺/海藻酸钠凝胶，并制备成“形状-运动依赖性(Shape-dependent motion)”的聚电解质Marangoni致动器。通过调控凝胶与乙醇间的相互作用(交联度、孔隙率、固含量、温度等因素)以获得对驱动力大小及驱动时间控制。研究发现边长数较多的致动器(如六边形和圆形)进行有规则的圆周运动，而边长数较少的作动器(如三角形、矩形)在水面上的运动是随机的。经过详细运动规律推导圆形水凝胶致动器的规则运动源自于其较低的阻力(Fr)及其垂直方向阻力分量(Fr-v)。
更进一步的，该研究发现圆形致动器的“贴壁运动”及在拐角处的“自适应旋转(Adaptive rotation)”特性，这使得致动器在有限封闭环境(如带拐角的不同尺寸容器)中沿着容器壁运动，并在拐角处通过自适应旋转改变前进方向。这使其在封闭环境中具备了优异的通过性能，在管道疏通、封闭环境运载方面具有巨大应用潜力。
基于已获得的规则圆周运动特性，本研究将致动器组装成电磁发电模块和无线传感模块。在电磁发电模块中，携带强磁特性的致动器规则而连续的通过线圈有效区域而持续对外放电实现能量收集；在无线传感模块中，圆形致动器规则的通过霍尔传感区获得规律的数字电信号。结合其优异通过性，并实现在封闭不可视管道内部的障碍物无线传感及定位应用。
固态锂金属电池（SSLMB）在安全性和理论比能量密度方面具有诸多优势。然而，其主要成分（即锂金属阳极、固态电解质和阴极）在暴露于潮湿空气中时会表现出化学不稳定性，从而导致电池容量低和循环稳定性差。最近的研究表明，具有低比表面能的生物启发疏水材料可以保护电池组件免受潮湿空气的腐蚀。密布在电池组件表面的空气稳定无机材料也能提供保护，从而提高电池组件的储存稳定性，拓宽电池组件的加工条件，最终降低电池组件的加工成本，同时提高电池组件的安全性。
武汉纺织大学殷先泽教授团队在《Advanced Science》发表综述论文讨论了电池组件表面结构退化的机理及其后果。随后，从锂金属阳极、固态电解质和阴极的角度回顾了解决这一问题的最新策略。最后，简要总结了当前的策略以及对未来安全空气稳定 SSLMB 的制造建议（Adv. Sci. 2024, 11, 2307726）。武汉纺织大学省部共建纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室和材料学院为该论文的第一署名单位和通讯单位，材料学院研究生程冰冰为论文第一作者，殷先泽教授为论文通讯作者，湖北大学郑自建副教授为共同通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202407560
论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202307726
宋毅恒，博士，讲师， 2023年7月加入武汉纺织大学材料科学与工程学院高分子系，主要从事天然高分子基电子功能材料、刺激响应性高分子材料等研究，以第一作者或通讯作者在Advanced Materials, Cell Reports Physical Science, Nano Energy, Chemical Science等杂志发表10余篇论文。
殷先泽，教授，主要从事天然多糖高分子纤维材料，功能高分子及器件，高性能纤维成型加工等研究，在Advanced Materials, Advanced Fuctional Materials, Advanced Science等杂志发表论文100余篇。
