人工肌肉在外界刺激下能够发生收缩、旋转等驱动，因而在机器人、智能织物和假肢等领域引起了广泛关注。目前人工肌肉的制备材料，主要包括碳纳米管纤维、聚合物纤维、液晶弹性体等，通常需要加捻或扭曲等复杂工艺，同时制备的人工肌肉存在响应单一、收缩行程有限、驱动力弱以及应用场景受限等瓶颈问题。
MXene/CNFs复合纳米片通过由窄变宽的纺丝针头，巨大的膨胀应力会消除纺丝过程中导致复合纳米片轴向排列的剪切力，然后再经过乙醇凝固浴，制备MXene纳米片径向取向的MXene复合纤维人工肌肉（MFAMs）。在25oC至125oC温度范围区间，MXene复合纤维人工肌肉可提起自身重量1000倍以上的物体，最大收缩行程为21%，做工能力达1.76 J g-1，是自然肌肉的45倍。原位变温表征和模拟结果揭示了MXene复合纤维人工肌肉的收缩驱动机制（图1）。随着温度的升高，氢键网络取向排列诱导MXene纳米片层间距降低，从而导致MXene/CNFs复合纳米片被拉平取向，这种“压缩”效应降低了孔隙率，实现了MXene复合纤维人工肌肉的收缩驱动。
图1：MXene复合纤维人工肌肉收缩驱动的机理图
图2：MXene复合纤维人工肌肉（MFAMs）与其它非扭转、热驱动纤维人工肌肉的驱动性能对比图（A），MFAMs在人工假肢上的应用展示（B）
这项开创性研究成果在人工肌肉领域具有里程碑的意义，其核心创新在于首次制备了MXene复合纤维人工肌肉，为解决人工肌肉响应单一、收缩行程有限、驱动力弱以及应用场景受限等瓶颈问题提供了新思路。这一成果不仅拓展了MXene纳米材料在人工肌肉领域应用的知识边界，也为二维纳米材料的组装与应用研究提供了新方向。
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt1560
来源：
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