人造軟手指可快速打開和關閉智能手機上的手電筒。圖片：MT Manzoor

軟執行器是一類激動人心的智能設備，可通過外部刺激（例如光、溫度、電勢或氣壓）來驅動。柔軟是這些執行器的主要優點之一。例如，堅硬，鋒利的材料可能會損壞觸摸屏面板。但是，軟執行器可以在不損壞觸摸面板的情況下運行，並且它們幾乎不產生振動。因此，使用這些執行器可以實現諸如人造手指之類的新穎裝置。

離子聚合物軟執行器（IPSA）

在軟執行器中，離子聚合物軟執行器（IPSA，ionic polymer soft actuators）使用電勢作為刺激。通常，將電活性聚合物膜（包含正離子和負離子）夾在兩個柔性電極之間。正離子和負離子的大小不同。當在電極上施加電勢時，正離子和負離子會向帶相反電荷的電極移動。由於尺寸差異，聚合物膜的一側膨脹而另一側收縮，從而產生彎曲變形。這種彎曲變形類似於我們使用手指時執行的動作。

利用電勢作為刺激，離子聚合物軟執行器成為機器人應用的強大候選者。但是，實際應用要求離子聚合物軟執行器在低輸入電壓和高頻（快速運動）下顯示出較大的彎曲變形。

從離子聚合物軟執行器的結構可以推斷出，這些執行器其實是電容器。為了在低輸入電壓和高頻下實現大的彎曲變形，需要高的電荷存儲容量和高的電荷轉移。然而，這些性質是對立的，不可能在單一類型的材料中同時實現。

如何解決問題

近年來，納米複合材料已用於各種需要權衡和對立操作的場合。混合結構可根據特定應用簡化設計。對於上述問題，活性材料實驗室（韓國科學技術研究院，KAIST）提出了結合使用二硫化鉬（MoS2）和氧化石墨烯（rGO）的想法。已知MoS2具有高電荷存儲容量，並且已經在超級電容器領域進行了廣泛的研究。另一方面，rGO是出色的導體，可提供高電荷轉移。結合使用時，MoS2和rGO通過形成納米PN結實現電荷存儲，通過提供其他電荷流動的路徑實現電荷轉移。因此，這種納米複合材料能夠同時提供高電荷存儲和電荷轉移。