聚吡咯杂化材料中的巨电化学驱动

硅中不存在压电性会导致主流半导体材料直接进行机电应用。硅机制的集成电控制可以为片上执行器开辟新的前景。在一份新的报告中，Manuel Brinker和德国的物理学，材料，显微学和混合纳米结构研究团队将单晶硅中的晶片级纳米孔隙度结合在一起，合成了一种复合材料，证明了水性电解质中的宏观电应变。电压-应变耦合比性能最佳的陶瓷大三个数量级。Brinker等。将电驱动追溯到每平方厘米1000亿纳米孔横截面的协同作用，并获得了异常小的工作电压(0.4至0。9伏特)以及可持续发展且生物相容的生物相容性基础材料以及具有前景的生物致动器应用。该作品现已发表在科学进展。

用嵌入式电化学驱动开发聚合物

在导电聚合物聚吡咯(PPy)氧化过程中发生的电化学变化可增加或减少聚合物主链中离域变化的数量。当浸入电解质中时，该物质伴随着可逆的反离子吸收或排出以及宏观收缩，并且在电势控制下膨胀，从而使PPy成为开发人造肌肉材料的最常见材料之一。在这项工作中，Brinker等人。将促动器聚合物与纳米多孔硅的三维(3-D)支架结构相结合，以设计用于嵌入式电化学促动的材料。新的构建体包含一些轻而丰富的元素成分，包括氢(H)，碳(C)，氮(N)，氧(O)，硅(Si)和氯(Cl)。

在实验过程中，研究小组使用氢氟酸中掺杂硅的电化学蚀刻工艺制备了多孔硅(pSi)膜。所得的孔在硅表面上是直的并且垂直。使用扫描电子显微镜轮廓，Brinker等。观察到均匀的样品厚度。然后，他们通过吡咯单体的电聚合将聚吡咯(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开路电势，导致PPy在孔内不断沉积。高度不对称的孔形成了链状聚合物生长，从而抑制了聚合物的分支并导致较低的电阻。该团队使用透射电子显微照片(TEM)和能量色散X射线(EDX)光谱信号观察了所得复合材料，表明随机pSi蜂窝结构的均质PPy填充。

通过吸附等温线的结构表征，聚合单元的图解和电致动装置的图解。(A)对于纳米多孔硅，在T = 77 K时记录的氮吸附等温线。相对于相对蒸气压p / p0绘制了容积填充率f。插图描绘了所得的孔半径r分布。(B)pSi膜中用于聚合PPy的电化学电池。膜通过金层接触。电流通过铂对电极(CE)施加，同时电压通过用作伪参考电极(RE)的铂线测量。(C)电驱动实验的示意图。将充满PPy的pSi膜浸入1M高氯酸(HClO4)中，并通过金层接触。在碳对电极(CE)之间施加电流，而电压由标准氢参比电极(RE)测量。右侧部分表示施加0.9 V电压并将阴离子掺入PPy导致样品膨胀的情况。反之亦然，在中间部分施加0.4 V的电压，并排出阴离子，随后样品收缩。

为了表征所得的杂化材料的功能，Brinker等人。进行膨胀计测量; 一种在原位电化学装置中测量材料收缩或膨胀的热分析方法。他们将样品浸入高氯酸中，并放置在适当的位置，以使孔指向水平方向。然后，研究小组将膨胀计的石英探针放在样品顶部以测量其长度，然后将样品与高氯酸接触以进行电化学驱动实验。Brinker等。通过记录循环伏安图，在膨胀测量之前和期间测量了混合系统的电化学特性(CVs)的电势范围为0.4 V至0.9V。pSi-PPy膜对PPy表现出电容性充电特性，其中电流迅速向恒定值移动。他们没有施加更高的电压，从而防止了聚合物的过氧化或部分破坏。研究小组记录了样品的长度变化，以详细描述电化学驱动特性，同时记录了CV