Ultrarobust Ti3C2Tx MXene-Based Soft Actuators via Bamboo-Inspired Mesoscale Assembly of Hybrid Nanostructures

材料科学 执行机构 纳米结构 纳米技术 竹子 纳米线 中尺度气象学 复合材料 物理 电气工程 气象学 工程类
作者
Jie Cao,Zehang Zhou,Quancheng Song,Keyu Chen,Gehong Su,Tao Zhou,Zhuo Zheng,Canhui Lu,Xinxing Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:14 (6): 7055-7065 被引量:271
标识
DOI:10.1021/acsnano.0c01779
摘要

Soft actuation materials are highly desirable in flexible electronics, soft robotics, etc. However, traditional bilayered actuators usually suffer from poor mechanical properties as well as deteriorated performance reliability. Here, inspired by the delicate architecture of natural bamboo, we present a hierarchical gradient structured soft actuator via mesoscale assembly of micro-nano-scaled two-dimentional MXenes and one-dimentional cellulose nanofibers with molecular-scaled strong hydrogen bonding. The resultant actuator integrates high tensile strength (237.1 MPa), high Young's modulus (8.5 GPa), superior toughness (10.9 MJ/m3), and direct and fast hygroscopic actuation within a single body, which is difficult to achieve by traditional bilayered actuators. The proof-of-concept prototype robot is demonstrated to emphasize its high mechanical robustness even after bending 100 000 times, kneading, or being trampled by an adult (7 500 000 times heavier than a crawling robot). This bioinspired mesoscale assembly strategy provides an approach for soft materials to the application of next-generation robust robotics.
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