硅中不存在壓電性會導致主流半導體材料直接進行機電應用。硅機制的集成電控制可以為片上執(zhí)行器開辟新的前景。在一份新的報告中，Manuel Brinker和德國的物理學，材料，顯微學和混合納米結(jié)構(gòu)研究團隊將單晶硅中的晶片級納米孔隙度結(jié)合在一起，合成了一種復合材料，證明了水性電解質(zhì)中的宏觀電應變。電壓-應變耦合比性能最佳的陶瓷大三個數(shù)量級。Brinker等。將電驅(qū)動追溯到每平方厘米1000億納米孔橫截面的協(xié)同作用，并獲得了異常小的工作電壓(0.4至0。9伏特)以及可持續(xù)發(fā)展且生物相容的生物相容性基礎(chǔ)材料以及具有前景的生物致動器應用。該作品現(xiàn)已發(fā)表在科學進展。

用嵌入式電化學驅(qū)動開發(fā)聚合物

在導電聚合物聚吡咯(PPy)氧化過程中發(fā)生的電化學變化可增加或減少聚合物主鏈中離域變化的數(shù)量。當浸入電解質(zhì)中時，該物質(zhì)伴隨著可逆的反離子吸收或排出以及宏觀收縮，并且在電勢控制下膨脹，從而使PPy成為開發(fā)人造肌肉材料的最常見材料之一。在這項工作中，Brinker等人。將促動器聚合物與納米多孔硅的三維(3-D)支架結(jié)構(gòu)相結(jié)合，以設(shè)計用于嵌入式電化學促動的材料。新的構(gòu)建體包含一些輕而豐富的元素成分，包括氫(H)，碳(C)，氮(N)，氧(O)，硅(Si)和氯(Cl)。

在實驗過程中，研究小組使用氫氟酸中摻雜硅的電化學蝕刻工藝制備了多孔硅(pSi)膜。所得的孔在硅表面上是直的并且垂直。使用掃描電子顯微鏡輪廓，Brinker等。觀察到均勻的樣品厚度。然后，他們通過吡咯單體的電聚合將聚吡咯(PPy)填充到多孔硅(pSi)膜中。pSi的聚合物成核和部分氧化增加了開路電勢，導致PPy在孔內(nèi)不斷沉積。高度不對稱的孔形成了鏈狀聚合物生長，從而抑制了聚合物的分支并導致較低的電阻。該團隊使用透射電子顯微照片(TEM)和能量色散X射線(EDX)光譜信號觀察了所得復合材料，表明隨機pSi蜂窩結(jié)構(gòu)的均質(zhì)PPy填充。

通過吸附等溫線的結(jié)構(gòu)表征，聚合單元的圖解和電致動裝置的圖解。(A)對于納米多孔硅，在T = 77 K時記錄的氮吸附等溫線。相對于相對蒸氣壓p / p0繪制了容積填充率f。插圖描繪了所得的孔半徑r分布。(B)pSi膜中用于聚合PPy的電化學電池。膜通過金層接觸。電流通過鉑對電極(CE)施加，同時電壓通過用作偽參考電極(RE)的鉑線測量。(C)電驅(qū)動實驗的示意圖。將充滿PPy的pSi膜浸入1M高氯酸(HClO4)中，并通過金層接觸。在碳對電極(CE)之間施加電流，而電壓由標準氫參比電極(RE)測量。右側(cè)部分表示施加0.9 V電壓并將陰離子摻入PPy導致樣品膨脹的情況。反之亦然，在中間部分施加0.4 V的電壓，并排出陰離子，隨后樣品收縮。

為了表征所得的雜化材料的功能，Brinker等人。進行膨脹計測量; 一種在原位電化學裝置中測量材料收縮或膨脹的熱分析方法。他們將樣品浸入高氯酸中，并放置在適當?shù)奈恢?，以使孔指向水平方向。然后，研究小組將膨脹計的石英探針放在樣品頂部以測量其長度，然后將樣品與高氯酸接觸以進行電化學驅(qū)動實驗。Brinker等。通過記錄循環(huán)伏安圖，在膨脹測量之前和期間測量了混合系統(tǒng)的電化學特性(CVs)的電勢范圍為0.4 V至0.9V。pSi-PPy膜對PPy表現(xiàn)出電容性充電特性，其中電流迅速向恒定值移動。他們沒有施加更高的電壓，從而防止了聚合物的過氧化或部分破壞。研究小組記錄了樣品的長度變化，以詳細描述電化學驅(qū)動特性，同時記錄了CV