互穿MOF/聚合物杂化材料的协同双轴驱动及其在多响应软机器人中的应用

《Sensors and Actuators B: Chemical》：Synergistic Biaxial Actuation in Interpenetrated MOF/Polymer Hybrids for Multi-Responsive Soft Robotics

本研究发现基于互穿结构MOF（MOF-Cd）和柱层状MOF（DUT-8(Ni)）与PVDF复合的不对称膜，通过溶剂驱动可实现独特的双轴交替弯曲模式。该材料对多种有机溶剂（如丙酮、四氢呋喃等）及稀氨水具有快速响应特性（最快3秒达91°弯曲），其协同驱动机制为柔性MOF/聚合物智能材料在VOC监测、软体机器人等生命科学应用领域提供了新范式。

　　

Highlight

INTRODUCTION

软智能溶剂驱动材料能对外界刺激（如光、电、温度、溶剂和湿度）产生可控机械响应，在传感器和驱动器领域（如VOC检测、泄漏报警、无线驱动等）具有巨大潜力。尽管在弯曲角度、输出力、位移等参数已有进展，但...

Synthesis of MOFs and MOF/polymer asymmetric membranes

所有原料均直接使用。四水合硝酸镉、TPT、H₂AZDC、六水合硝酸镍、H₂NDC、DABCO购自国药化学试剂有限公司。分子量（Mw）为500000的PVDF购自展阳高分子材料有限公司。有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺（DMF）（99.5 wt%）、丙酮（99.5 wt%）、四氢呋喃（99.5 wt%）、吡啶（99.5 wt%）、乙酸乙酯（99.7 wt%）、丙烯腈（99 wt%）、甲醇（99.9 wt%）、乙醇等。

Morphology of breathing MOFs

通过光学和扫描电镜（SEM）图像观察柔性MOFs的形貌，显示微米尺寸的金字塔或块状晶体（图S1-S2）。然而这些晶体对于柔性不对称膜而言过大，会导致脆性或大孔洞（图S3）。通过超声粉碎将MOF-Cd和DUT-8(Ni)晶体尺寸降至亚微米级，平均尺寸分别为828 nm（MOF-Cd）和240 nm（DUT-8(Ni)）（图2(g)、2(i)、图S4和表S1）。

CONCLUSIONS

综上所述，通过流延和旋涂法制备了MOF-Cd/PVDF和DUT-8(Ni)/PVDF两种复合不对称膜，并研究了其对多种有机溶剂和氨气蒸汽的形变响应。这些膜能对丙酮、四氢呋喃、吡啶等溶剂产生弯曲响应，其中MOF-Cd/PVDF因更宽的孔径分布而对四氢呋喃蒸汽实现1秒内91°快速弯曲及3秒温和条件恢复。