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  被譽為人工肌肉的介電彈性體致動器(DEA)，具有驅動應變大、能量密度高、響應速度快等特點，在軟體機器人和智慧醫(yī)療等領域受到廣泛關注。然而，構筑DEA的介電彈性體薄膜和柔順電極容易遭受到外界機械損傷和電損傷，嚴重縮短其使用壽命。此外，DEA所需高達千伏的驅動電壓對人體和設備均存在危險因素。制備一種安全穩(wěn)定的整體自修復DEA，即介電彈性體薄膜和柔順電極均具有自修復功能，是推動其實際替代天然肌肉的關鍵。

  北京化工大學楊丹教授團隊首先將可逆亞胺鍵和二硫鍵引入聚二甲基硅氧烷分子鏈中，制備出自修復介電彈性體(SDE)。然后，通過π-π相互作用將少量芘甲醛修飾的碳納米管原位分散到SDE基體中，制備出自修復柔順電極(SCE)。將SCE覆蓋在SDE兩側，并放置于60 ^oC烘箱中，SDE分子鏈有效擴散在介電膜和柔順電極之間的界面處，構筑出具有強界面結合力的ISDEA(圖1、圖2、圖3)。在直流電源驅動下，ISDEA的電驅動應變達到18.13%。當遭受機械損傷和電損傷后，其驅動應變仍然可以恢復至這一數值的90%以上(圖4)。為了提高ISDEA使用的安全性，采用摩擦納米發(fā)電機作為電源直接驅動ISDEA，構筑出自供電ISDEA體系(TENG-ISDEA)。當遭受機械損傷后，TENG-ISDEA在 25.25 kV/mm下的驅動應變仍可達到16.99%。更為重要的是，TENG的低輸出電流對于人體足夠安全，并且保證ISDEA免受電損傷。

  進一步，將TENG-ISDEA與彈簧進行集成，構筑出自供電手指康復訓練儀(圖5)，其能實現了6.1°的彎曲角度。值得一提的是，SDE與SCE間的強界面結合力(4.12 N)使得手指康復訓練器在4000次循環(huán)驅動過程中仍然能保持穩(wěn)定的驅動應變，確保了脊髓性肌萎縮癥(SMA)患者的長期安全治療。此外，ISDEA可以用作實時監(jiān)測SMA患者肌肉康復狀態(tài)的柔性電容傳感器(圖6)。并且，基于多個ISDEA電容傳感器的陣列式智能軟鍵盤，可以供患者向醫(yī)生實時發(fā)送需求或情緒，例如“HELP”和“PAIN”等。具有強界面結合力的ISDEA能夠在無需拆卸或更換配置等條件下，高效修復損傷區(qū)域并恢復功能，展示了其替代天然肌肉的巨大潛力，并在SMA患者的康復訓練和預防治療領域具有廣闊應用前景。

圖1.基于TENG-ISDEA自供電手指康復訓練儀和柔性電容傳感器的醫(yī)療輔助系統(tǒng)。

圖2. SDE的制備與性能表征。

圖3. SCE的制備與性能表征。

圖4. ISDEA的驅動性能表征。

圖5. 自供電手指康復訓練儀及訓練警報系統(tǒng)的性能表征。

圖6. 基于ISDEA柔性電容傳感器的構筑及應用。

  相關工作以“Self-powered and integral self-healing dielectric elastomer actuator with a robust interface”為題發(fā)表在Nano Energy (10.1016/j.nanoen.2025.110974)上。論文第一作者為北京化工大學材料科學與工程學院碩士研究生岳尚志，通訊作者為北京化工大學楊丹教授、于中振教授及北京納米能源與系統(tǒng)研究所的王中林院士。該論文得到了國家自然科學基金的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.110974