DOI:10.1016/j.snb.2020.129236

湿度响应双层致动器能够在湿度梯度下动态改变其形状，这激发了人们对许多新兴领域的研究兴趣，包括人工肌肉、智能传感器和智能设备。然而，由于其致密的结构阻碍了水分子的扩散，这种致动器通常表现出响应速度慢、致动周期长、变形小等缺点。在本文中，研究者采用简单的可编程静电纺丝法制备了高度多孔的聚乙烯醇/聚乙烯醇缩丁醛（PVA/PVB）双层致动器，以实现出色的湿度触发变形。得益于两层膜对水的不同亲和力以及精心设计的结构，多孔双层致动器在湿度梯度响应下表现出优越的致动性能。简而言之，仅需283ms即可驱动形状变化，而整个变形仅需10μs。此外，还实现了曲率为11.2cm-1的较大弯曲幅度，并且形状变形过程可重复至少30次而不会疲劳。最后，研究者证实了多孔纳米纤维致动器可用作人造植物来执行打开和关闭动作，以及可作为一种自动监测湿度的自驱动检测器。

图1.（a）通过连续静电纺丝制备多孔双层PVA/PVB纳米纤维致动器的示意图。（b）PVA纳米纤维层的SEM图像，（c）平均直径，（d）取向度，和（e）孔径。（f）PVB纳米纤维层的SEM图像，（g）平均直径，（h）取向度，和（i）孔径。（j）PVA/PVB双层致动器的横截面形态（PVB层用罗丹明B染色，以便于观察）。（k-m）纳米纤维致动器的物理性质。（n）PVA和（o）PVB层的WCA。分布在（p）PVA和（q）PVB层上的水滴的照片。

图2.在湿气刺激下，对（a）双层PVA/PVB纳米纤维致动器，（b）单层PVA膜和（c）单层PVB膜形状变形的定性表征（蓝纸上的水滴会逐渐在室温下蒸发以提供足够的湿度。）（d）当放在裸手掌上时，双层纳米纤维致动器弯曲变形；当放在戴着橡胶手套的手掌上时，没有发现形状变化。（e）当接近手指时，双层纳米纤维致动器的弯曲致动。

图3.（a）构建自制的湿度梯度装置，以研究多孔双层致动器的湿度响应致动性能。（b）弯曲曲率的定义（负值表示致动器向PVA侧弯曲；正值表示致动器向PVB侧弯曲）。（c）响应于湿度梯度的致动器弯曲和形状恢复过程的图示和（d）数码照片。

图4.（a）多孔双层致动器的曲率-湿度曲线。（b）双层的厚度比，（c）长度/宽度比和（d）面积对双层纳米纤维致动器致动性能的影响。（e）具有定向纳米纤维和无规纳米纤维的致动器的曲率（插图显示变形后具有无规纳米纤维的致动器的形态）。（f）当暴露于湿度梯度时，双层纳米纤维致动器的可逆形状变化。

图5.多孔双层致动器的湿度响应致动机理。

图6.多孔纳米纤维致动器的潜在应用，如（a）仿生花，（b）仿生三叶草和（c）自驱动智能湿度计。