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圖1 多功能碳納米管-聚合物復合材料及其應用。

  柔性驅動器可以集成許多功能電子設備以構建智能電子系統。多功能驅動器中電子系統的能量供應和無線信號傳輸是具有挑戰性的研究領域。在本文中，以功能化和分層設計的思想來構建多功能的集成化驅動器。受蜘蛛網結構的啟發，提出了具有3D網絡結構的多功能碳納米管-聚合物復合材料，并將其應用于多刺激響應型驅動器、超級電容器和電磁干擾屏蔽設備（圖1）。相關結果以研究論文 “Multi-functional and integrated actuators made with bio-inspired cobweb carbon nanotube-Polymer composites”的形式發表于國際高水平期刊Chemical Engineering Journal。福建工程學院翁明岑副教授、碩士研究生丁敏、周培迪博士為共同第一作者。福建工程學院翁明岑副教授與福建師范大學陳魯倬教授為共同通訊作者。該研究受到國家自然科學基金、福建省自然科學基金等多方資助。 

  首先，通過將仿生蜘蛛網結構的聚苯胺包覆碳納米管-纖維素（PANI@CNT-BC）薄膜附著到疏水的導電聚合物薄膜上，可以構建由光、電和濕度驅動的多刺激響應型驅動器（圖2）。驅動機制是仿生蜘蛛網PANI@CNT-BC薄膜的吸濕膨脹效應，以及PANI@CNT-BC薄膜與導電聚合物薄膜之間的不對稱熱膨脹效應。 

圖3 基于仿生蜘蛛網PANI@CNT-BC薄膜的電磁干擾屏蔽特性和儲能特性。（a）CNT-BC薄膜、PANI@CNT-BC薄膜和雙層驅動器的電磁干擾屏蔽效能。（b）雙層驅動器的電磁干擾屏蔽機制。（c）4 × 4超級電容器陣列的示意圖。插圖為是該超級電容器陣列的光學圖像。（d）4 × 4超級電容器陣列點亮數個LED陣列的光學照片。

圖4（a）近紅外光控制的智能屏蔽幕工作機理示意圖。（b）光學照片和紅外熱圖像顯示雙層驅動器作為智能屏蔽幕的打開和關閉運動。

圖5 3D模擬圖（a）和光學照片（b）同時展示了使用多功能驅動器制作的智能窗簾在太陽光的輔助下打開、充電、以及驅動定時器的過程。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139146