挥发性有机化合物（VOC）广泛存在于日常环境，在生产/生活中对人体健康和环境造成危害。传统VOC检测依赖于体积庞大或功能模块复杂的气体传感器，不仅需要人工操作，增加操作者的暴露风险，且难以兼顾便携性、快校准和动态检测需求。基于微型软体机器人的远程自主VOC感知与报警技术有望为VOC监测提供一种更便捷安全的方案。然而，实现软体机器人的运动（驱动）与VOC感知协同工作仍面临挑战。可视化VOC感知是一种直观高效的检测方式，电学感知则有望提供更精确的VOC信息。开发一种兼具颜色变化和电学功能的VOC响应变形材料，有助于实现VOC信息的“驱动变形-同步动态感知”，对环境感知型微型软体机器人的探索和发展有重要意义。

  近日，东华大学熊佳庆/周欣然团队提出一种VOC响应变形纳米纤维膜，通过在压电聚合物中引入VOC变色填料(SC-PAL/PVDF)，实现了VOC致变色并增强材料驱动性能和压电效应，用于开发对VOC具有视觉-电学双模感知能力的全纤维双层结构驱动器（SCP-BF）。SCP-BF表现出双向弯曲、显著稳定的颜色变化以及同步压电信号输出，对VOC类型和浓度具有识别潜力。该VOC致变色压电驱动器表现出大弯曲曲率（4.63 cm^-1），超快响应速度（4.36 cm^-1 s^-1），200次循环变色无衰弱、1500次循环驱动的高稳定性，并可自主产生压电信号以反映其变形或运动状态。作者证实了VOC可视化、VOC类型和方向检测、光/声报警系统以及一系列VOC响应智能开关、抓手和微型机器人，展示了SCP-BF在VOC动态检测与操控方面的可行性和应用潜力。

  相关成果以“All-Fiber Volatile Organics-Perceptive Actuators”为题发表在《ACS Nano》期刊上，论文第一作者为东华大学硕士生王爽，通讯作者为熊佳庆研究员和周欣然副研究员。该工作得到国家自然科学基金等项目资助。

图1.VOC变色-压电全纤维驱动器的设计及性能

图2. SC-PAL的合成与表征

图3. SCP-BF驱动器的VOC致变色性能和压电性能

图4. 具有压电感知力的SCP-BF驱动器

图5. SCP-BF在VOC操纵、感知和微型机器人中的应用

视频2. 基于SCP-BF的VOC响应微型机器人

  文章信息：

  S Wang, H Liu, Y Zhang, M Wu, Y Zhang, J Zhang, X Zhou*, J Xiong*, All-Fiber Volatile Organics-Perceptive Actuators, ACS Nano, 2025.

  https://doi.org/10.1021/acsnano.4c16330

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