等离子体原子层刻蚀技术调控Ti3C2Tx表面终止基团实现高性能光驱动软体机器人

研究人员通过等离子体原子层刻蚀（plasma-ALE）技术精准调控二维碳化钛（Ti3C2Tx MXene）表面化学终止基团，将限制性能的氟基团替换为氧主导基团，结合纤维素纳米纤丝（CNFs）开发出光驱动软体执行器。该材料在近红外光下实现165°弯曲角度和40 mN驱动力，兼容真空过滤和气溶胶喷射打印技术，为生物医学和柔性电子领域提供可编程软机器人解决方案。

　　

这项突破性研究揭示了等离子体原子层刻蚀（plasma-ALE）技术在二维过渡金属碳化物（TMC）表面工程中的革命性应用。传统方法合成的Ti₃C₂T_x材料表面富含氟终止基团，严重制约了导电性和光热转换效率。研究团队创新性地采用plasma-ALE技术，像分子级"手术刀"般精准置换表面基团，将氟基团替换为氧主导终止基团，使材料导电性飙升80%，光热响应显著增强。

通过与纤维素纳米纤丝（CNFs）的复合，研究人员构建出性能卓越的光驱动执行器。在近红外光照射下，这些执行器展现出惊人的165°弯曲角度和40 mN驱动力，远超现有二维材料基执行器。更令人振奋的是，该技术完美适配真空过滤和气溶胶喷射打印工艺，为制造可编程软体机器人铺平道路。

实验证实，经过plasma-ALE处理的Ti₃C₂T_x/CNF复合材料可实现多种仿生运动，包括抓取和蠕虫式行进。这种表面工程策略为开发新一代多功能软体机器人开辟了新途径，在生物医学器械、环境监测和柔性电子等领域展现出广阔应用前景。