英语原文共 11 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
晶格收缩触发同步电致变色执行器
具有变色和驱动同步功能的材料在仿生双隐身伪装和人工智能中具有应用前景。但是，颜色/形状双重响应设备涉及难以控制的刺激，例如气体，光或磁力，并且装置表现出较差的协调性。在此，具有电致变色/致动（238°弯曲角）双重响应现象，出色的可逆性，高同步性和快速响应速度（lt;5 s）的柔性复合膜利用单个活性成分W 18 O 49纳米线。从原位同步加速器X射线衍射，第一性原理计算/数值模拟以及一系列控制实验，在锂离子嵌入/脱嵌过程中，阐明了宏观变形的驱动机制，为基于伪电容的可逆晶格收缩/恢复的W 18 O 49纳米线（即原子级别纳米结构变化）。此外，我们展示了固态离子聚合物-金属复合致动器中的W 18 O 49纳米线，该致动器在空气中稳定工作，具有显的伪电容致动。
介绍
变色龙伪装是一种生物仿造技术，通过控制皮肤鸟嘌呤纳米晶体的晶格，从变色龙肤色的可逆转移中衍生出来1，经过广泛研究，以改进源自图案的现行伪装方法绘画可以追溯到20世纪40年代2，3，4。虽然变色龙已被广泛接受为“伪装大师”，但还有一些其他的自然变色器，包括普通章鱼，墨鱼，和安第斯雨蛙，它们表现出更复杂的伪装能力，5，6，7。它们不仅可以像变色龙一样迅速适应周围的颜色，还可以逆向地更改其纹理或姿势以适应环境，从而有更大的生存机会。
最近，受具有双重隐身能力的动物的启发，几个研究小组致力于开发由不同刺激（例如气体，光，磁等）驱动的智能混合材料，以实现仿生双重响应技术8，9，10，11。例如，Kwak及其同事报告了一种基于双层堆栈结构的荧光致动器，该结构可响应乙醇蒸气9。Naumov及其同事报道了一种由酸色荧光客和琼脂糖组成的光和湿度致引执行器，该器也具有酸致荧光变化10。Kwon及其同事通过在光固化的聚合物树脂11中自组装超顺磁性胶体纳米晶体簇，制造了磁致变色微致动器。尽管取得了这些成就，但仍然存在一些关键的缺点：（i）这些材料的双重响应性能受到气体，光或磁的刺激，而气体，光或磁受环境条件的影响并且难以控制；（ii）颜色变化不足以在所有视角范围内用肉眼观察到，从而导致中等的可检测性。
与上述刺激相比，电是一种容易且有效控制的输入因子。在许多电响应材料中，在许多电能材料中，由于反应和操作条件相似，在单个器件的基础上实现电致变色（EC）和电化学驱动功能的空间是一定的。12，13，14，15。最近，Hosson及其同事通过将EC材料（聚苯胺）电沉积在电化学致动器（纳米多孔金膜）上，开发了这种双响应复合膜16。这种双响应复合膜不仅可以通过输入电信号进行有效控制，而且还具有许多其他优点，例如低驱动电压，高可逆性和快速响应速度。然而，复合膜受到两种功能材料之间颜色的相互影响，界面稳定性差以及纳米多孔金膜变形小的限制。由于非法拉第致动和法拉第效应的EC之间巨大机械差12，14，17，18因此，两种功能材料的复合结构只是实现电感应双重响应效果的一种方法，目前尚难以改进以解决上述问题。因此，尽管电刺激已显示出高效率和可控性，但通过独特的材料或结构将高性能电致变色与电化学驱动相结合的策略成为该仿生技术的关键。
在此，在锂离子（Li ）嵌入/去嵌入过程中发现了由晶格收缩/恢复引起的W 18 O 49纳米线（W 18 O 49 NW）的可逆伪电容EC变形。通过精心设计的控制实验，第一性原理计算，原位/非原位微观结构表征以及使用等几何分析进行数值模拟，详细阐述并进一步验证了该执行机构。因此，基于Ag纳米线（AgNW）/ W 18 O 49的高柔性双响应膜NW双层网络被制造出来并展示出出色的同步EC和执行性能。此外，基于W 18 O 49 NW的伪电容致动，建立了对称离子聚合物金属复合材料（IPMC）致动器，以扩展其在空气和某些其他复杂环境中的应用范围，这为构建IPMC和实现增强的性能引入了新方法。
结果
制备的复合薄膜的结构特征。W 18 O 49 NW的显示中心直径在20 nm左右（图1a和补充图 1a），长度大约为20 nm和 12mu;m（补充图 1b，c），其长宽比约为600。这种高长宽比有利于提高其固有的灵活性和高度形成连接的网络。X射线衍射峰（补充图 1d）可以清楚地标为单体W 18 O 49（P2 / m，JCPDS号84-1516，ICSD 202488）。强度相对较高的窄峰（010）和（020）强烈表明晶体沿[010]方向生长。在高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像（图 1a）中，也可以清楚地观察到沿[010]方向具有0.378 nm宽间距和规则分层晶格结构的晶格边缘。宽的晶格间距和高的纵横比可以通过有利的固态离子扩散19提供更多的活性位。
将这些W 18 O 49 NW用作EC材料，使用喷涂方法制备了高柔韧性的双响应膜（参见补充图 1e所示）。在活性区域中，将超薄的聚（3,4-乙二氧硫磷）-聚（苯乙烯）（PEDOT：PSS）涂覆在纯AgNW网络上，以保护AgNW不受电化学腐蚀。W 18 O 49 NW网络堆栈在AgNW / PEDOT：PSS网络上，该网络在聚对苯二甲酸乙二酯（PET）基板上形成双层纳米线网络（BNN）厚度约为15mu;m。 图 1b，c展示了所制备的双响应膜的表面和横截面形态。双层纳米线网络的厚度仅为〜195纳米，比之前文献中报告的几乎所有EC活性层都薄得多。20，21，22。根据以下方程式23，该超薄活性层可以有效地改善弯曲性和折叠性，
， （1）
其中R min是最大弯曲下的曲率半径，b是直径或厚度，Delta;L是断裂伸长率（0 lt; Delta;L thinsp;lt;1）。为了进一步提高界面和结构稳定性，贝类启发的海藻酸/聚（多巴胺）（Aa-PDA）复合物被用作粘合剂。因此，导电层的薄层电阻在1000个弯曲周期（弯曲半径为2.5 mm）期间几乎保持恒定，即使分别在100次折叠周期和使用3M透明胶带的剥离周期后也仅略有变化（补充图 2a，b）。此外，EC对比度在100个折叠周期后仅略有下降（补充图 2c）。因此，在复杂的机械变形过程中，BNN可以保持高度的连接性而不会产生大的位移，从而确保了稳定的执行性能。此外，如补充图2d所示 ，双响应膜在633 nm处具有71.2％的光学透射率，而导电层显示出非常低的薄层电阻，约为9.0欧姆平方-1。这些初始值可以完全满足EC电极对光透射率和电导率的要求。
复合薄膜的电致变色和驱动性能。将双响应膜用作EC /驱动双响应测量的工作电极，以Pt线（直径为0.5 mm）作为对电极，Ag / AgCl（3.0 M KCl）作为参比电极，并使用1 M锂高氯酸盐（LiClO 4）/碳酸丙烯酯（PC）溶液作为电解质（图 1d和补充图 3）。如图 1e和补充影片 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[410409]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
