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光热双压电晶片致动器由于其无线控制和轻巧且易于制备而在智能设备中引起了相当大的关注。然而，目前的光热双压电晶片执行器大多基于近红外光源驱动的薄膜或纸张，缺乏灵活性和适应性，限制了其在可穿戴应用中的潜力。青岛大学报道了一种由聚丙烯(PP)胶带和MXene改性聚酰胺长丝( M@PA )构成的双压电晶片致动器，该致动器可以通过传统的纺织路线进行可扩展制造，并由阳光自动触发。PP和M@PA相反的热膨胀性能由熵变引起热应力产生，该致动器具有形状记忆特征，可以为纺织致动器的低阈值致动提供基础。通过利用 MXene优异的光热性能、良好的界面接触和高热传导，纺织致动器表现出可逆的阳光触发驱动。作者展示了一系列自驱动装置，包括体温触发的仿生含羞草、自动卷起的智能窗帘以及用于运动服的智能温度调节织物。这些结果揭示了制造的执行器在智能纺织品和可穿戴设备中的潜在应用。

【纺织致动器的制造】

图1a示意性地显示了源自商业纺纱路线的双压电晶片织物致动器的可扩展连续制造过程。基于芯吸效应和静电吸附，通过浸渍干燥途径将MXene 沉积到PA长丝（M@PA ）上。随后，干燥的M@PA和PP胶带通过压敏粘合剂通过一对辊在 50 N 下粘合在一起。由于双压电晶片具有相反的热膨胀和MXene光热效率（>260%），纺织致动器在低阳光功率 (100 mW/cm2 ) 下呈现有效变形（1.38 cm–1 )。

图 1. 纺织致动器的制造、表征和应用。

【纺织致动器的致动机制】

当暴露于NIR光，热诱导膨胀导致从PP侧到PA侧的快速弯曲。光提供更多的光子能量，由MXene转化为热量，随后产生相对较高的驱动应力和更大的弯曲曲率。这可以归因于更活跃的分子链运动导致PA长丝和PP带在更高温度下的更大热膨胀差异。在暴露于近红外辐射后，平台随着温度在15秒内从19.3°C升高到40.6°C，弯曲曲率达到了1.43 cm–1，然后在 65 秒内恢复到初始状态。

图 2.纺织致动器的致动机制。

图 3. 纺织致动器的光热致动性能。

【纺织品执行器的智能应用】

耦合低致动阈值和纱线形状的纺织致动器可用作设计各种智能纺织品的基本单元。模拟太阳光照射到屋外时，致动器经纱窗帘开始弯曲，并在50秒内滚动到窗户顶部（图4b）。作者还展示了自动卷帘在自然阳光下的驱动性能（图4d）。当放置在室内时，窗帘是直的。暴露在自然阳光下，窗帘卷曲。组装的自主卷帘可以替代传统的智能家居电动窗帘。此外，受到植物叶子的气孔的启发，基于致动器的纺织织物被设计成智能“透气的”温度调节气孔（图4f）。当环境温度升高时，气孔处基于致动器的纱线向左右两侧弯曲，让更多的空气在皮肤和外部之间流动。在室温下，智能温度调节织物的气孔是关闭的。施加模拟阳光后，随着环境温度的升高，气孔的纱线逐渐打开，类似于植物叶子的气孔。为了进一步验证智能调温面料的效果，测量并记录了穿着不同面料的下臂皮肤的动态温度（图4g）。静止不动时，两种情况下的皮肤温度均约为31.2 °C。静止300 s后，实验者开始台架试验，运动导致血流量增加，皮肤温度逐渐降低。然而，穿着智能织物时的皮肤温度显着低于穿着对照时的皮肤温度，表明智能温度调节织物具有良好的温度调节效果。这是因为智能织物似乎可以使皮肤与外部环境之间的通风性更好，有助于控制皮肤温度。这些结果不仅引入了自主卷曲窗帘和智能温度调节织物，而且进一步揭示了这种具有低驱动阈值的纱线状纺织品致动器在节能智能纺织品中的多样化应用前景。

图 4. 基于纺织品执行器的智能纺织品的应用。

相关论文以题为Wearable Sunlight-Triggered Bimorph Textile Actuators发表在《Nano Lett.》上。通讯作者是青岛大学曲丽君、田明伟和深圳大学张学记。