朱美芳院士、穆九柯教授、陳焱教授等《Chem. Soc. Rev.》電化學軟體執行器長篇綜述

一、?【導讀】 ?

軟體執行器是一種不借助馬達等機械裝置將光、電、聲、磁等能量轉化為機械動能的新型執行器件，是微型-軟體化機器人設計的重要動力來源之一。在眾多驅動機制中，電化學驅動機制（Electrochemically-driven）以其獨特的離子吸附或嵌入方式引發材料或器件機械運動，具有運動精度優、能量轉化率高以及仿生肌肉自鎖（類似骨骼肌中的閉鎖狀態）等優勢，使其在微型軟體機器人和生物醫療器械中具有突出的應用潛力。

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二、【成果掠影】

近日，天津大學穆九柯教授團隊聯合陳焱教授團隊、東華大學朱美芳院士團隊以“Electrochemically-driven actuators: from materials to mechanisms and from performance to applications”為題在國際重要學術期刊Chemical Society Reviews?(IF=46.2) 上發表長篇綜述。論文基于材料類型和響應機制，全面總結了近年來電化學執行器的發展歷程和創新突破，綜合分析了不同材料-機制執行器間的性能特點、內在聯系以及應用適配。文章第一作者為天津大學博士生楊利雪，共同通訊作者為天津大學穆九柯教授、陳焱教授和東華大學朱美芳院士，天津大學為第一通訊單位，其他合作者來自西安交通大學、上海電機學院和西弗吉尼亞大學。

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?三、【核心創新點】

1、論文從材料出發，依據離子遷移-固定方式，分類解析了電化學執行器電能—機械能轉化的運行機制；從不同尺度-維度設計層面，解釋了執行器運動模式與器件形態間的結構關系。、

2、從驅動行程、輸出力、機械做功能力、運行頻率區間以及生物相容性等多重指標參數出發，分析了不同執行器的性能特點，為其應用領域的拓展提供指標依據。

3、針對不同的驅動機制和材料屬性，在材料改性、結構設計和器件加工等層面，全面梳理了近年來不同類型電化學執行器的里程碑工作、發展歷程和性能提升策略，依此分析了跨越基礎研究到工程應用所面臨的挑戰。

4、面向應用挑戰，論文從現存材料效能提升、優勢互補耦合設計、規模化制備到新材料-新機制的探索、新應用的發掘等多個層面提出了前瞻性的見解和創新策略。

四、【數據概覽】

圖1?各類電化學執行器的驅動機制、結構設計及其運動模式示意圖。? 2024?Royal Society of Chemistry

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圖2?各類型電化學執行器的性能指標分析。??2024?Royal Society of Chemistry

圖3. 各類電化學執行器之間的相互聯系和協同作用。? 2024 Royal Society of Chemistry

圖4 電化學執行器的應用領域。? 2024?Royal Society of Chemistry

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五、【成果啟示】

該綜述通過對傳統和新興的電化學執行器基材進行深入分析和系統梳理，著重闡明了各類執行器基礎材料、器件驅動機制和性能表現之間的相互依賴關系；面向電化學執行器的應用挑戰，針對現存材料的優化和新型材料-器件的探索等方面提出了前瞻性見解，以期為相關領域研究人員全面了解電化學執行器的工作機制、優化策略和應用領域提供借鑒和指導。

該工作受到國家自然基金委、中國科協青年人才托舉工程、新基石研究員等項目支持。

原文詳情：https://doi.org/10.1039/D3CS00906H

本文由楊利雪供稿，非獨家授權