智能材料是将自感知与自驱动特性相融合的新兴材料,集中体现了对生物行为的智能模仿。传统的纳米纤维通过功能化也正逐步向智能仿生方向发展。柔性驱动器作为智能器件的重要组成部分,能将环境中的能量以刺激源的方式转化为人们直接利用的动能,实现了能量的高效利用。在以往的柔性驱动器研究中多以光、热、电等作为刺激源,但普遍面临着制备过程复杂、成本高等问题。同时水或湿气刺激响应驱动器由于其来源广泛、对环境友好等特点正逐步丰富并拓展了智能器件的范围。氧化石墨烯(GO)由于其优异的湿度敏感性被认为是湿度响应驱动器的理想候选材料,在此为了提高材料的吸湿响应性,将GO片和银纳米线(AgNWs)均匀分散到PVA-co-PE纳米纤维三维网络中,制备出三种湿度响应性柔性复合薄膜,分别为PVA-co-PE/GO复合薄膜、AgNWs/PVA-co-PE/GO复合薄膜和AgNWs-PVA-co-PE/GO导电双层薄膜。将其作为湿气驱动器件,能够发生快速可逆的大规模弯曲变形行为,实现了在纳米尺度上的能量转化。具体研究内容和实验结果如下:(1)将GO溶液与PVA-co-PE纳米纤维悬浮液混合,通过喷涂法制备PVA-co-PE/GO复合薄膜。实验研究了PVA-co-PE/GO复合薄膜在湿气刺激下的驱动机理以及不同GO含量、湿度条件对驱动性能的影响。研究结果表明,当薄膜一侧接触到湿气刺激时,高湿度一侧的氧化石墨烯片迅速吸水导致体积膨胀,不对称的结构使得薄膜向低湿度一侧弯曲。根据对驱动性能的分析确定GO的最佳含量为9 wt%,且复合薄膜的最大弯曲角随着水温的升高而增大、随着环境湿度的降低而增大。(2)将PVA-co-PE纳米纤维悬浮液、AgNWs醇溶液、GO溶液混合,通过喷涂法制备AgNWs/PVA-co-PE/GO复合薄膜。相比与PVA-co-PE/GO复合薄膜,加入的AgNWs杂乱地分散在GO片层之间,使得薄膜结构更加松散且多孔,更有利于产生快速的水分子吸附-解吸过程,从而使响应时间降低了60%且恢复时间降低了70%。在最佳湿度刺激条件下,实现了在1.2秒内达到最大弯曲角145°,且经过100次的弯曲恢复循环测试后仍然保持良好的驱动性能。在手掌或指尖等近距离微小湿度刺激下,该薄膜还能制成智能镊子和仿生爬虫等装置。(3)将GO溶液和PVA-co-PE纳米纤维悬浮液混合,通过喷涂的方法沉积到基底上,再单独地将AgNWs分层喷涂在PVA-co-PE/GO上制备AgNWs-PVA-co-PE/GO导电双层薄膜。相比与PVA-co-PE/GO复合薄膜,表面的AgNWs层构成导电通路,赋予了AgNWs-PVA-co-PE/GO双层薄膜优异的导电性能。实验结果表明,当AgNWs含量为10 wt%时,双层薄膜的表面电阻为2.68Ω且能在任意弯曲状态下保持稳定。但是,银纳米线的单层累积会增加复合薄膜的抗弯强度,对驱动性能略微有消极影响。将导电双层薄膜接入控制电路用作智能开关,成功实现了灯泡点亮-熄灭的动作。