自然界中，许多生物能够同时实现运动与颜色变化。例如彩蝶（Apatura ilia）在飞行过程中，其翅膀不仅持续拍动，还会伴随动态色彩变化。这种形变与光学响应协同耦合的特性，为新一代智能软体机器人设计提供了重要启发。

  近日，合肥工业大学胡颖研究员、张晨初副研究员与赵玉顺教授合作，受彩蝶飞行行为启发，开发了一种MXene基仿生离子驱动器，实现了驱动形变、电致变色以及红外发射率调控的协同集成。

  相关成果以“Apatura ilia-Inspired MXene-Based Ionic Actuator With Coupled Deformation and Optical Modulation”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。

1. 总体思路：仿生彩蝶翅膀，实现形变与光学调控协同耦合（图1a-c）

  研究团队构建了一种由PEDOT:PSS电极层、WO₃/MXene电致变色层以及Nafion/离子液体电解质层组成的非对称离子驱动器。其中，WO₃作为经典电致变色材料，可实现离子嵌入诱导的颜色变化；MXene则凭借优异导电性与二维纳米通道结构，有效提升电子与离子传输效率。在外加电压作用下，器件不仅能够产生可逆弯曲形变，同时还能实现由浅蓝到深蓝的颜色变化，并进一步调控红外发射率，从而实现形变、变色和红外响应的同步耦合。

图1 a-c. WO₃/MXene 离子驱动器的设计与制备

2. WO₃/MXene复合材料的表征（图1d-i）

  通过XRD、 Raman与XPS表征证实了WO₃/MXene复合结构的形成。SEM结果表明，相较于纯WO₃致密结构，WO₃/MXene复合材料形成了更加疏松的多孔结构。这种二维层状纳米结构能够有效降低离子扩散阻力，为后续快速驱动与电致变色提供条件。

图1 d-i. WO₃/MXene 复合材料的表征

3. MXene显著提升驱动器电化学性能（图2）

  电化学测试表明，MXene的引入显著提升了驱动器的电荷存储能力和离子传输效率。相比纯WO₃体系，WO₃/MXene驱动器表现出更高的比电容、更低的离子扩散阻抗以及更优异的电化学可逆性，为高效驱动提供了基础。

图2. WO₃/MXene 离子驱动器的电化学性能

4. MXene增强WO₃电致变色性能（图3）

  为进一步研究MXene对电致变色性能的影响，团队分别制备了WO₃与WO₃/MXene电致变色薄膜。结果表明，MXene显著提升了WO?的电致变色性能，实现更高光学对比度、更快响应速度和更优着色效率。

图3. WO₃/MXene复合材料的电致变色性能

5. 实现同步可逆变形与变色（图4）

  在±3 V低电压刺激下，WO₃/MXene驱动器能够产生双向弯曲形变，并同步发生由浅蓝到深蓝的可逆颜色变化。

  驱动器最大峰峰位移达到13.3 mm。同时，该驱动器在0.1–15 Hz范围内均能够保持稳定响应。值得注意的是，该驱动器在10000次循环测试后仍保持稳定驱动性能，表现出优异空气环境稳定性与循环耐久性。

图4. WO₃/MXene离子驱动器的同步可逆变形与变色性能

6. 仿生“变色蝴蝶”与动态信息加密应用（图5）

  基于该驱动器，研究团队制备了仿生蝴蝶，实现同步拍动与变色。此外，研究团队还演示了其在信息显示与动态加密中的应用。在周期电压的作用下， “实现HFUT”文字的动态隐藏与显示。

图5. 基于WO₃/MXene离子驱动器的仿生“变色蝴蝶”与动态信息加密

7. 动态红外发射率调控实现“热隐身”（图6）

  除可见光响应外，该驱动器还具备动态红外发射率调控能力。进一步地，团队利用乙二醇对PEDOT:PSS进行局部处理，在器件表面构建了“H”形红外图案。该图案能够在周期电压作用下实现“出现-消失”的动态切换，实现红外信息加密与动态显示。

图6. WO₃/MXene离子驱动器的红外发射率调控与红外信息加密与动态显示

  综上，研究团队构建了一种基于WO₃/MXene复合材料的多功能仿生离子驱动器，实现了驱动形变、电致变色以及红外发射率调控的协同耦合。其核心优势在于：（1）MXene显著增强离子与电子传输能力；（2）实现大幅、快速、稳定的驱动形变；（3）实现可见光与红外双波段动态调控；（4）具备良好的空气环境稳定性与循环寿命。该工作为多功能智能软体器件设计提供了新的研究思路，并有望进一步应用于仿生软体机器人、柔性智能显示、信息加密、自适应伪装等领域。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.76053