扭矩泰坦
AI科普解读
1
超级英雄的原型：MXene
• 厚度不到头发丝千分之一，却像金属一样具有优良导电导热性，还能把光一秒转变为热能。
• 致命弱点：脆！轻轻一撕就裂，见水就化成“黑墨汁”，只能当实验室里的“花瓶”。
2
打怪升级：三位一体的“战衣”
科学家请来两位保镖：
碳纳米管 CNTs——像钢筋般穿插，防裂增韧。
纤维素 CMC——自带“万能胶”氢键，把碎片牢牢焊成钢板。
再把它们叠成三明治：
外层CNTs+MXene+CMC → 导电铠甲+导热引擎
内层CMC+MXene → 韧性骨骼
代号“tHCM”的新战衣诞生：
抗拉强度从25 MPa飙升到154 MPa，足足六倍！
伸长率翻两倍，像橡皮筋一样弯折万次不断。
还能像乐高一样剪、折、滴一滴“魔法水”就焊接，30秒拼出任意形状。
3
超能力现场秀
A. 电加热模式
只要2.5 V，温度瞬间飙到266 °C。
双层结构：tHCM热胀、PTFE冷缩，弯成129°的“机械指”，抓起比自己重26倍的哑铃。
连续弯折200次，角度几乎不变，真正的“铁臂阿童木”。
B. 光加热模式
红外灯150 mW/cm²，10秒升温110 °C；LED灯也能驱动。
搭配超薄PE胶带，弯出439°的“回形针”。
零电线束缚，远程光控，像皮影戏一样隔空操纵。
4
软体机器人实战
1. 陆地爬行
一条20 mm×10 mm的tHCM-PE条带，在桌面“毛毛虫”般蠕动，188秒前进65 mm。
2. 阶梯攀爬
换成玻璃台阶，120秒爬完60 mm，越障能力堪比昆虫。
3. 水上漂移
三角形状薄膜漂在水面，激光指哪打哪，走出Z字形轨迹，还能顺带“快递”小纸船。
4. 分级传输
三片薄膜排成斜坡，一束平行光+一束激光，像多米诺骨牌一样把圆柱棒从顶部精准送到底部，全程无电机、无电线。
5
未来脑洞大开
• 太空折纸卫星：发射时卷成铅笔粗，入轨后展开成直径两米的天线。
• 医用微机器人：吞下肚，LED一照，像小潜艇般游到病灶送药。
• 快递外骨骼：薄膜贴贴，纸箱自己下楼取件，快递员躺赢。
• 灾难救援：空投“薄膜蛇”，光照爬行进入废墟，用身体当担架拖出幸存者。
从“一撕就碎”到“水陆两栖”，tHCM用实力告诉我们：“别小看一张薄膜，它可能是未来世界的超级英雄！”
图片解析
图1 (a) tHCM薄膜的制备示意图；(b) MXene、HM、dHCM、tHCM薄膜的应力-应变曲线；(c)tHCM薄膜的横截面SEM图像；(d) XRD图谱；(e) 拉曼光谱；(f) FT-IR光谱；(g) MXene与tHCM薄膜的电磁屏蔽效能（EMI SE）。
图2 tHCM薄膜的电/光热转换性能：(a)电流随电压变化图；(b) 不同电压下薄膜表面温度随时间变化；(c)在1.5V电压下第1、30、60次循环的电加热稳定性；(d) 1.5V电压下用于电热除冰的水温变化曲线；(e, f) 不同红外光/LED光功率密度下薄膜温度变化曲线。
图3 tHCM薄膜的超稳定性测试：(a) 连续弯折-恢复过程中电阻变化；(b) 1.5V电压下长时间加热温度稳定性；(c, d) 电加热稳定性测试前后tHCM薄膜的XRD图谱与EMI SE对比；(e–g) 光热转换稳定性：(e) 150 mW/cm²红外光照射下的温度、(f) 电阻变化、(g) LED光照下的温度稳定性；(h) MXene薄膜与tHCM薄膜在水中的结构稳定性对比。
图4 tHCM薄膜的焊接特性：(a) 使用不同水溶液焊接后的力学性能；(b) 焊接过程中电阻变化；(c) 焊接后的tHCM薄膜可稳定提起80g重物；(d) tHCM薄膜在CMC溶液中的焊接机制示意图。
图5 基于tHCM-PTFE双层的电热响应驱动器：(a) 驱动器组装过程示意图；(b) 驱动器横截面SEM图像及对应EDS元素分布图；(c)驱动器工作机理示意图；(d) 弯曲角度随温度变化曲线；(e) 在2.5V下驱动器的循环稳定性；(f) 双爪仿生抓取器应用演示；(g) 通过自焊接方式组装的四爪仿生抓取器。
图6 基于tHCM-PE的光热响应驱动器应用展示与机制：(a, b) 驱动器爬行过程及驱动力示意图；(c, d) 光控分级柔性传输装置及其工作原理；(e, f) 水面光驱动运动轨迹与驱动力示意图。
通讯作者介绍
韩潇：西北工业大学材料学院副教授，主要从事碳纳米功能复合材料研究。入选香江学者、陕西省科协青年人才托举计划、西北工业大学翱翔新星，主持自然科学基金面上、青年等各类科研项目十余项，担任Advanced Powder Materials, Eco Energy, Green Carbon, Materials Reports: Energy等期刊青年编委，目前已发表SCI论文五十余篇，以第一/通讯作者身份在Advanced Materials, J. Am. Chem. Soc., ACS Nano, Nano Letters, Nano Energy, Small等材料学主流期刊发表学术论文二十余篇。
郝建华：香港理工大学讲座教授 (Chair Professor)，应用物理学系系主任，生物医学工程学系附属成员，纳米科技研究中心主任，港理大武汉科技创新研究院副院长兼光电健康检测研究中心主任。香港研究资助局高级研究学者 （2021），教育部长江学者讲座教授（2018）。美国光学学会会士、英国物理学会会士和英国皇家化学会会士。主要研究方向包括功能薄膜和二维材料及器件，应用于光电子、生物医学的掺杂发光材料和纳米能源的研究。发表国际学术论文420余篇，主持多项重要科研项目。获得教育部自然科学奖、TechConnect全球创新奖、日内瓦国际发明奖、校长特设个人卓越成就奖等奖项。目前担任InfoMat ,InfoScience杂志的副主编，Adv. Opt. Mater.，Sci. China Mater.等杂志的编委。
论文信息
论文题目：Multi-stimulus responsive actuator with weldable and robust MXene-CNTs hybrid films
doi：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.08.062
来源：材料科学技术
编辑：刘晓橙
校对：王洪宇
审核：罗艳芬