Bioinspired H‐Bonding Connected Gradient Nanostructure Actuators Based on Cellulose Nanofibrils and Graphene

材料科学 执行机构 石墨烯 纳米材料 纳米技术 MXenes公司 韧性 极限抗拉强度 表面改性 复合材料 软机器人 化学工程 计算机科学 人工智能 工程类
作者
Zhangqin Yang,Yuting Wang,Yuting Wang,Lidan Lan,Yuyan Wang,Yuyan Wang,Xinxing Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (36): e2401580-e2401580 被引量:32
标识
DOI:10.1002/smll.202401580
摘要

The construction of flexible actuators with ultra-fast actuation and robust mechanical properties is crucial for soft robotics and smart devices, but still remains a challenge. Inspired by the unique mechanism of pinecones dispersing seeds in nature, a hygroscopic actuator with interlayer network-bonding connected gradient structure is fabricated. Unlike most conventional bilayer actuator designs, the strategy leverages biobased polyphenols to construct strong interfacial H-bonding networks between 1D cellulose nanofibers and 2D graphene oxide, endowing the materials with high tensile strength (172 MPa) and excellent toughness (6.64 MJ m-3). Furthermore, the significant difference in hydrophilicity between GO and rGO, along with the dense interlayer H-bonding, enables ultra-fast water exchange during water absorption and desorption processes. The resulted actuator exhibits ultra-fast driving speed (154° s-1), excellent pressure-resistant and cyclic stability. Taking advantages of these benefits, the actuator can be fabricated into smart devices (such as smart grippers, humidity control switches) with significant potential for practical applications. The presented approach to constructing interlayer H-bonding in gradient structures is instructive for achieving high performance and functionalization of biomass nanomaterials and the complex of 1D/2D nanomaterials.
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