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  驅動器作為能夠將光、熱、電等外部刺激轉化為機械動作的智能材料，在軟體機器人、人工肌肉和生物醫學設備等領域具有廣闊前景。目前，高性能驅動器多采用水凝膠、介電彈性體、形狀記憶聚合物等功能聚合物，但其制備過程復雜，且常面臨機械強度不足、響應速度慢、做功能力有限等挑戰。聚烯烴作為巨大產量、成本低廉、力學性能優異的高分子材料，卻因其非極性特性和功能化困難，極少被用于驅動器開發。

  2026年1月13日，中國科學技術大學陳昶樂/鄒陳團隊以《Photo-, Thermal-, and Electro-Responsive Polyolefin-Based Actuators》為題在Angew. Chem. Int. Ed.期刊上報道了多重刺激響應聚烯烴基驅動器的最新研究進展。該研究在該團隊前期發展的系列烯烴異相聚合新策略（Nat. Commun. 2022, 13, 1954.；Nat. Commun. 2023, 14, 1442.； Angew. Chem. Int. Ed. 2024, 63, e202404603.等）的基礎上，進一步發展了烯烴聚合功能載體，利用載體功能化策略賦予聚烯烴材料高值化應用。該研究將聚苯胺碳納米管作為催化劑載體，通過原位異相聚合引入到支化聚乙烯基體中，成功制備了兼具卓越機械強度、快速刺激響應和超高做功能力的多功能聚烯烴基驅動器（圖1）。這項工作為解決傳統驅動器材料的性能瓶頸，并推動低成本、可規模化生產的智能驅動材料發展提供了新思路。

圖1. 基于原位聚合策略制備光、熱、電三響應聚烯烴驅動器的示意圖

  研究團隊設計了聚苯胺/羧基化碳納米管（PANI/CNTs-COOH）復合填料，并將其創新性地作為α-二亞胺鎳催化劑的載體，用于乙烯的原位聚合（圖2）。這一策略巧妙地利用PANI表面的-NH基團和CNTs-COOH的-COOH基團與催化劑前體作用，實現了催化劑在填料表面的固載，并通過TEM-EDS mapping和XRD對異相催化劑進行了系統表征。在隨后的聚合過程中，乙烯單體直接在分散均勻的催化劑活性位點周圍聚合，從而在支化聚乙烯基體中實現了功能填料的高度均勻分散，從根本上克服了傳統熔融共混法固有的相分離問題。

圖2. 負載型催化劑的制備和表征以及聚烯烴復合材料的原位聚合流程

圖3. 聚烯烴復合材料的性能展示：(a-f) 力學性能與訓練效果；(g-i) 導電性能

  所得的聚烯烴復合材料展現出優異的綜合性能（圖3）：

  1. 卓越的機械性能：原位聚合得到的聚烯烴復合材料粉末經熱壓成型后，拉伸強度可達43.9 MPa，斷裂伸長率超過500%。復合材料也可通過凝膠紡絲制備成纖維。經過簡單的機械拉伸“訓練”后，其拉伸強度顯著提升至135 MPa，一個僅重32毫克的訓練后樣品，能夠承受7.3公斤的重物，相當于舉起了自身重量22.8萬倍的負荷，展現了巨大的力量輸出潛力。

  2. 可調的導電性：通過調整N/C復合填料的含量，團隊實現了對材料電導率的精準調控，范圍在0.04至2.2 S m?1之間。這種導電性不僅使得材料能夠作為柔性電路元件點亮LED燈（圖3g），更是其實現電響應的基礎。盡管拉伸訓練會因填料間距拉大而導致電導率有所下降，但材料仍能保持必要的導電功能，平衡了機械強度與電學性能。

圖4. 聚烯烴復合材料的性能展示：(a-c)光熱轉換；(d-e)光響應自修復；(f-g)形狀記憶

  3.高效的光熱轉換與快速自修復：得益于均勻分散的PANI/CNTs-COOH填料優異的光熱轉換能力，復合材料在近紅外光（808 nm）照射下，能在短短17秒內將表面溫度從室溫急速提升至329.1°C。利用掃描式激光照射，將局部溫度穩定控制在145°C左右，成功實現了材料表面的快速修復：明顯劃痕在10秒內完全消失。經測試，修復后材料的力學性能恢復率高達98%，這為驅動器在復雜工況下的長期可靠運行提供了保障。

  4.三重刺激響應的形狀記憶與驅動性能：材料展現出對光、熱、電刺激的靈敏形狀記憶效應。其原理是預拉伸時將彈性勢能“存儲”在支化聚乙烯鏈中，外界刺激（光熱/電熱/直接加熱）提供能量釋放這種勢能，驅動形狀恢復。光響應：拉伸400%的樣品，在近紅外光局部照射下，被照部分能快速、可控地蜷縮恢復，且過程可隨時暫停，實現中間形狀的鎖定。熱響應：在115°C下，僅需18秒即可實現接近90%的恢復率。電響應：對拉伸200%的樣品施加50V直流電壓，其產生的焦耳熱可使材料升溫至81.4°C，并在120秒內實現85%的形狀恢復。

圖5. 聚烯烴復合材料的驅動能力

  5. 驅動性能與超高做功能力：將上述形狀記憶效應應用于驅動，材料表現出強大的做功本領。在近紅外光驅動下，驅動器產生的最大驅動應力可達6.35 MPa。一個25毫克、預拉伸100%的驅動器，可以拉起自身重量1280倍（32克）的負載，并實現100%的驅動應變，做功能力達188.2 J kg?1。當預應變提升至300%時，做功能力更是攀升至470.4 J kg?1，這一數值超越了絕大多數已報道的水凝膠、液晶彈性體等聚合物驅動器。即使在負載高達自身重量4759倍的條件下，它仍能保持363.8 J kg?1的做功能力和51.8%的驅動應變，展現了優異的承載潛力。驅動器在光、熱刺激下均表現出良好的循環穩定性，連續工作10個周期后性能無明顯衰減。

  總結而言，該研究通過巧妙的原位聚合與填料設計，成功將低成本、易加工的聚烯烴材料發展為高性能的多刺激響應驅動器。這種材料機械強度高、響應速度快、做功能力強，并集自修復與形狀記憶功能于一體，在軟體機器人、自適應結構和智能穿戴設備等領域展現出巨大的應用潛力。

  文章共同第一作者為中國科學技術大學博士后研究員汪全和博士生孫浩翔，通訊作者為中國科學技術大學陳昶樂教授和鄒陳副研究員。本研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項（XDA0540000）、國家自然科學基金（52473338，22261142664）、中國科學院青年科學家基礎研究項目（YSBR-094）及安徽省科技攻堅項目（20242308050025）等基金的支持。感謝中國科學技術大學理化科學實驗中心核磁機組提供的支持。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202523449