納米纖維素在驅動器領域中的應用及挑戰*

馬洪偉，高 宇，李曉白，李 斌

(東北林業大學化學化工與資源利用學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

自智能材料的概念就被提出以來，基于先進材料的驅動器在智能仿生傳感、人工肌肉、軟體機器人等領域受到了廣泛的應用。驅動器智能材料能夠感應外界(如溫度、濕度等因素)的變化，使得材料整體呈現出特定的形狀或顏色的改變。伴隨物聯網的快速發展，萬物互聯成為迫切需求，人們對驅動器提出了更高的要求。理想的驅動器應具有良好的生物降解性、生物適應性和穩定可重復性等性能。

纖維素作為地球上最豐富的生物質資源，年產量達到 750億噸，具有生物可降解、價格低廉和來源廣泛等特點，是材料領域中的重點研究對象之一。如圖1(a)所示，纖維素是由D-葡萄糖通過β-1-4糖苷鍵連接而成，相鄰的葡萄糖環發生180°構象扭轉，所以纖維素的重復結構單元也常被認為是纖維二糖納米纖維素，聚合度可以達到20000。對于纖維素有一個重要的結構特征：每個葡萄糖都有3個羥基，分別在2、3和6位，一方面，這些羥基形成分子內和分子間氫鍵，使纖維素鏈聚集成結晶高分子，表現出超高的模量和強度，另一方面，由于這些羥基可以與水形成氫鍵，因此纖維素分子具有很強的吸水性。從圖1(a)中可以看到，纖維素分子不是單獨存在的，而是聚集成纖維素纖維。其形成過程為幾十個纖維素高分子通過氫鍵和范德華力組合成纖維素基本纖維，然后基本纖維再集合成纖維素微纖維，最終形成纖維素纖維[1]。其中，纖維素基本纖維即為纖維素納米纖維(CNF)，它由交替的結晶區和無定型區組成[2]，如圖1(b)所示，為截面尺寸4～20 nm的棒狀纖維[3]，當把無定型區去除后，就會剩下高度結晶的、截面尺寸只有3～10 nm的針狀纖維，稱為纖維素納米晶[4]。

圖1 納米纖維素的來源及結構(a)[2]和 纖維素納米纖維及纖維素納米晶的TEM圖(b)[3]Fig.1 Source and structure of nanocellulose(a) and TEM images of cellulose nanofibers and cellulose nanocrystals(b)

從植物中分離得到的納米纖維素不僅具有無毒、可降解、價格低廉等特性，還由于其獨特的形狀、尺寸、表面化學性質和高度的結晶性使得它具有可調節的自組裝、高機械強度等特性。通過機械法以及機械與生物、化學相結合的方法制備的納米纖維素表面所帶的不同功能基團為改性納米纖維素提供了的基礎，使得其在驅動器領域具有廣闊的應用前景[5]。

1 納米纖維素的制備

納米纖維素是指至少有一維尺度達到納米級別(1～100 nm)的纖維素[6]，具有生物相容性、高機械性能、光透過性，低溫度膨脹系數和易于化學修飾等優良特性，在工業生產和日常生活中都起到重要的作用。納米纖維素不同的制備方法對于其性能有較大的影響。目前，納米纖維素主要的制備方法有物理機械法、化學法和酶解法。

1.1 物理機械法

物理機械法是通過高速高壓均質設備研磨來制備納米纖維素的方法。機械法不會使納米纖維素產生任何電荷基團而且可以保持納米纖維素原始的化學結構，經此法制備的納米纖維素具有較大的表面積和大量的氫鍵，具有完整的晶體結構，適合于工業化生產。1983年，Herrick等[7]運用高速高壓剪切的方法首次制備了纖維素納米纖絲，此法對環境污染小，易于實行，極大的促進了納米纖維素的發展。這種方法的主要原理是采用恒定的壓力對原材料進行處理，通過破壞細胞壁來達到提取纖維素的目的，此法制備的納米纖維素尺寸在100 nm左右。隨著物理機械法的發展，Shi等[8]于2005年對均質設備性能進行改進，所制備的納米纖維素具有更高的纖維化程度，這對于納米纖維素的應用具有非常重要的意義，但同時也應指出雖然物理機械法制備納米纖維素有了非常大的進步，但是仍然存在著制備的納米纖維素纖絲不均一的問題，這也推動產生了解決這一問題的新方法。2008年，Iwamoto等[9]運用化學法先將纖維素進行酸化，之后再運用物理機械法制備了直徑相對均勻的納米纖維素，這種化學與物理機械相結合的方法阻止了纖維素間氫鍵的形成，減弱了纖維素間的粘合力，極大的提高了纖維素納米纖維的產率。

1.2 化學法

化學法常常被用來對纖維素進行改性以及制備納米纖維素，制備的納米纖維素其表面除了纖維素本身具有的羥基外，還常常帶有羧基、磺酸基、醛基等負電官能團，使得納米纖維素易于分散于水中，具有廣闊的應用前景。對于化學法制備納米纖維素而言，目前主要存在著兩種方式：水解法和采用2，2，6，6-四甲基吡啶氧自由基(TEMPO)的氧化法。

1.2.1 水解法

水解法是指纖維素在酸(如硫酸)中進行水解，去除纖維素大分子中的無定形區域，將纖維素轉化為納米纖維素晶體的方法。水解法最早由Nickerson和Habrle提出[10]，他們通過鹽酸和硫酸的混合溶液對纖維素進行水解制備纖維素納米晶，在后續的研究中發現水解法存在多種因素(酸的種類，濃度等)影響纖維素納米晶的狀態。于是，Rusli等[11]采用不同種類的酸去水解纖維素，發現當用鹽酸去水解纖維素時，纖維素納米晶在水懸浮液中呈絮凝狀態，而這種現象在用其他酸水解時是不存在的。此外，用硫酸對纖維素進行水解時制備的納米纖維素常帶有磺酸根，因而可以使用不同的水解方式來制備具有特定結構和功能的納米纖維素。近年來，水解法也常常與微波、超聲等手段進行結合，通過加強酸對纖維素的穿透從而提高制備效率。

1.2.2 TEMPO氧化法

纖維素具有非常穩定的結構，需要經過幾十次機械均質處理才能實現纖維素微纖維的彼此分離，能耗較大。如圖 2所示，TEMPO作為一種溫和的氧化劑，可選擇性的將纖維素C6位的伯羥基氧化為羧基，使纖維素纖絲間產生斥力，從而降低纖絲間的氫鍵作用力，可進一步施加機械力作用實現彼此分離。在TEMPO氧化纖維素的過程中，TEMPO分子會滲透到纖維素微原纖維之間的空隙中氧化微原纖維表面纖維素鏈上的葡萄糖基單元，通過這種獨特的作用方式使纖維素微纖維間作用力減弱。利用這種作用機制，Saito等[3]使用TEMPO/NaBr/NaClO 氧化體系，成功制得了透明澄清的纖維素納米纖維懸浮液，實現了對納米纖維素的高效提取。TEMPO氧化法氧化條件溫和，制得的納米纖維素尺寸均一，長徑比大，分散性好，使得纖維素納米纖維可以進一步實現功能化。

圖2 在pH為4.8～6.8的緩沖溶液中，TEMPO/NaClO/NaClO2 選擇性氧化纖維素C6伯羥基為羧酸基團[3]Fig.2 Selective oxidation of C6 primary hydroxyls of cellulose to carboxylate groups by TEMPO/NaClO/NaClO2oxidation in water at pH 4.8～6.8

1.3 酶解法

在自然界中，內切β葡萄糖酶、外切β葡萄糖酶和β葡萄糖苷酶三者共同構成了纖維素酶系，納米纖維素可通過上述多組分酶之間的相互作用來實現制備[4]。2007年，Henriksson等[12]使用纖維素酶對漂白亞硫酸鹽漿進行處理制備了具有納米尺度的纖維素微纖絲，該纖維具有較高長寬比，可以作為增強材料進行使用。此外，利用纖維素酶的選擇性，可以酶解掉無定形的纖維素從而獲得纖維素晶體，制備的納米纖維素直徑在20～80 nm。但由于酶解條件苛刻，對溶劑、pH、溫度等都有很高的要求，所以在化工生產中很少使用。

近年來，生物酶處理法常配合其他化學預處理和機械法共同使用來達到制備納米纖維素的目的。2019年，Liu等[13]在漂白軟木漿中添加10%內切葡聚糖酶，并在50 ℃的條件下攪拌 2 h，之后再用研磨機以1500 r/min的速度研磨2 h得到了具有良好熱穩定性的纖維素納米纖維，這種采用物理化學生物相結合的方法不僅節省能源，而且提高了制備效率。

2 納米纖維素的刺激響應機制

納米纖維素由于具有大的比表面積，并且表面存在大量的官能團，所以在外界的一定刺激(濕度、pH、溫度、光)下，納米纖維素表現出良好的刺激響應性。

2.1 濕度刺激

納米纖維素相比較于纖維素，一方面具有更大的比表面積[14]，另一方面，由于纖維素分子內氫鍵被破壞，裸露出大量的羥基和含氧官能團[15]，這些性能使納米纖維素在濕度響應領域得到了廣泛的應用。

納米纖維素的納米尺度使水分子更容易進入到納米纖維素薄膜中，大的比表面積為水分子提供了吸附位點，大量羥基和含氧官能團可與水形成氫鍵。因此，如圖 3所示，當納米纖維薄膜不對稱的暴露于水蒸氣后，接觸水蒸氣的區域會立即形成薄的水合膨脹表面層，而薄膜的大部分仍處于環境低濕度狀態，從而將形成雙層結構，薄膜向著濕度低的薄膜一側彎曲。此外，納米纖維素的特定排列也將極大的影響納米纖維素的刺激響應性能，各向異性的納米纖維素層通過定向排列[16]，層間相互纏繞，可以形成更多的纖維素納米纖維層間氫鍵，從而使吸水量增加，同時通過調控納米纖維素的排列方式，達到調控薄膜刺激響應方向的目的。近年來，隨著研究的不斷深入，俞書宏院士團隊[17]發現由于濕度調節的界面滑移引發的應變硬化階段使得纖維素納米晶在合適的濕度范圍內，其斷裂應變可大幅度增加，強度和韌性得到顯著提高，這對于納米纖維素的應用具有十分重要的意義。

納米纖維素與其他功能材料結合可以展示出更加優良的性能[18-19]。過渡金屬碳化物，碳氮化物和氮化物(MXene)是一種具有優良光熱轉換能力和豐富表面化學特性的二維分層材料，通過化學蝕刻技術，MXene可產生大量活性端基(-OH，-F， or=O)，纖維素納米纖維獨特的兩親性和高縱橫比允許單個MXene納米片分開而不聚集，因而在濕度刺激下，由纖維素納米纖維和MXene組成的材料可展示出更強的氫鍵相互作用和更加優良的濕度響應能力。此外，纖維素納米纖維也可與氧化石墨烯相結合，展現出優異的濕度響應，增強了復合膜的靈活性和濕度敏感性。

圖3 濕度刺激響應機理圖(a)[14]和 纖維素納米纖維薄膜的濕度驅動原理圖(b)[15]Fig.3 Response mechanism diagram of humidity stimulus(a) and Schematics of a water vapor-based actuation in nanofibrillated cellulose(NFC)films(b)

2.2 pH刺激

納米纖維素的刺激響應性容易受到表面電荷的影響。納米纖維素通過改性可以使表面帶有一些特征官能團，這些特征官能團使納米纖維素在一定的pH下呈現出正負電性，這一優良的性質極大的擴展了納米纖維素的應用[20]。

納米纖維素的性質會受到表面電荷極性和密度的影響[21-22]。如圖 4所示，接入氨基的纖維素納米晶(CNCs)在低pH下以CNC-NH3+的形式存在，而當體系成為中性時將轉變為CNC-NH2，這一電荷性質的改變會對納米纖維素的強度產生影響，低pH下由于氨基正離子之間電荷排斥形成可以分散CNCs的懸浮液，而當pH升高之后，CNCs中電荷排斥的現象消失，且由于CNCs之間將形成了大量的分子間氫鍵，將導致CNC-NH2形成強度大的CNCs凝膠，這種獨特的性質在經TEMPO氧化得到的CNC-COOH中也能得到了印證，在高pH下負電荷的CNC-COO-保持一個穩定的分散體，而當處于低pH時，CNC-COOH能夠形成固體凝膠。除此之外，這種電荷極性和密度的變化也將對納米纖維素的形狀產生影響，經改性過后的納米纖維素能在不同pH下通過調節水的擴散和氫鍵的形成使納米纖維素基凝膠呈現出一定的變形，這種獨特的性質為納米纖維素用于pH刺激的驅動器奠定了基礎[22]。

圖4 CNC-COOH和CNC-NH2分別在高 pH和低pH下的響應機制圖[21]Fig.4 Schematic of the proposed interactions between CNC-CO2H and CNC-NH2 at high and low pH

2.3 溫度刺激

納米纖維素由于具有優良的機械性能、強烈的吸水性[23]，使得其常作為一種優異的添加材料來達到改善驅動器性能的目的，而這一性質在溫度刺激響應的研究中體現的尤為明顯[24-25]。

棕色棒代表CNCs，藍色附著物代表LCST聚合物[25]圖5 水凝膠在不同溫度下的形態變化圖Fig.5 The morphologic changes of hydrogels under the different temperature

水凝膠作為一種質地柔軟，具有良好生物相容性和生物降解性的親水性聚合物，自從Wichterle等[26]首次報道后，就成為了一個熱門的研究領域。在對水凝膠多年的研究中，人們發現一些熱敏性聚合物具有較低的水凝膠相變臨界溫度(LCST)，如圖 5所示，當溫度低于LCST時，熱敏性聚合物傾向于形成無規則卷曲的形狀，這使得水凝膠趨向膨脹，相反，當溫度高于LCST時，熱敏性聚合物內部結構被破壞，從而可以實現水凝膠的收縮[27]，這一特性為其用做驅動器奠定了基礎，但令人遺憾的是，這些熱敏性聚合物大多不具有足夠的力學強度，而納米纖維素的加入可以完美的彌補這一不足。一方面，納米纖維素摻入后提高了水凝膠的機械性能，另一方面，納米纖維素由于可以很好的與水形成氫鍵，所以能夠有效的增強水凝膠的膨脹率，使水凝膠產生更大的變形效果，有力的推動了水凝膠基驅動器的發展。

2.4 光刺激

近年來，光致驅動作為一種清潔高效，可遠程操控的技術引起了人們的廣泛關注。利用納米纖維素材料周期排列的納米結構，光可以通過對納米纖維素材料進行光學干涉實現獨特的顏色和結構變化[28]，于是光刺激的納米纖維素驅動器開始被廣泛研究[29-30]。

如圖 6所示，纖維素納米晶是一種具有手性向列結構的光子晶體，纖維素納米晶懸浮液干燥后可以形成具有左手螺旋結構的固體薄膜，可以顯示出類似于膽甾相液晶薄膜的光學性質，當用特定波長的光對薄膜進行刺激時可使薄膜實現變色，同時由于光熱效應也能讓薄膜產生一定的結構變化[28]；有研究表明[31]，當水凝膠基的驅動器中加入納米纖維素時可對驅動器的性能產生較大影響：隨著納米纖維素的增多，水凝膠反應液粘度增大，極大的影響了智能水凝膠的力學性能和韌性，同時在近紅外激光照射下也會對驅動器的驅動能力產生影響。據此，通過調控水凝膠中納米纖維素的量可設計多層水凝膠基驅動器，依據需求去調控水凝膠的機械強度和體積變化，這將對藥物釋放、人工智能等領域的發展起到良好的推動效果。

圖6 纖維素納米晶的結構及光響應機制[29]Fig.6 Structure of CNCs and their optical responsive mechanism toward stimuli

2.5 其他方式刺激

除了以上的方式可以對納米纖維素材料進行調控外，還可通過提供電、磁等條件使納米纖維素進行刺激響應[32-34]。電活性聚合物作為一類能在電場下改變形狀和大小的聚合物材料，由于其能夠承受巨大的作用力，而且可以進行大幅度的變形，常被應用于驅動器領域。纖維素具有輕質、可降解、可大幅度彎曲等優勢，一直是制備電活性聚合物的一種熱門材料，被稱為電活性紙。但是，當纖維素被制成電活性聚合物后存在著壓電轉換能力不足的缺陷，這嚴重限制了電活性紙的發展。近年來，隨著靜電紡絲的應用，成功制備了納米纖維復合膜，其再經單向拉伸能夠使纖維排列整齊，有效的提高了壓電效應程度，對驅動器的驅動性能起到了很好的促進作用[35]。此外，納米纖維素由于具有優良的機械性能也常被作為一層基底與某些磁致收縮片共同作用來構成雙層驅動器，通過這種方法有效的改善了驅動器的性能，提高了驅動器的穩定性[36]。

3 納米纖維素基驅動器的研究進展

在自然界中，有許多像含羞草、松果、小麥芒一樣的植物，它們在外界一定的刺激下表現出奇特的響應行為，科學家們通過研究不同的響應機制制造出了大量仿生驅動器，包括濕度刺激驅動器、pH刺激驅動器、溫度刺激驅動器、光刺激驅動器以及其他刺激驅動器，它們已經被應用到軟機器人[37]、開關[38]、啟動器[39]等眾多領域。

3.1 濕度刺激驅動器

在生物刺激響應研究的基礎上，2015年，Wang等[15]基于納米纖維素含有大量羥基和含氧官能團等特點制備出了一種單層納米纖維素的薄膜，這種薄膜表現出強烈的親水性，能在濕度的刺激下展現出長達24 h的穩定彎曲，這是以往纖維素紙基制成的驅動器所無法達到的。研究者為了檢測濕度及膜厚度對薄膜彎曲性能的影響，運用控制變量的方法對驅動器的性能進行了研究，如圖 7(a)所示，發現當相對濕度均控制在40%的情況下，在8 μm、18 μm、38 μm、48 μm厚度的薄膜中， 8 μm的薄膜產生高達0.75 cm-1的彎曲，對于實現驅動器的可控調節具有非常重要的意義。實驗結果表明薄膜產生彎曲的主要原因是在濕度的刺激下，納米纖維素膜兩側形成穩定的濕度差，進而形成了不同濕度的雙層納米纖維素。

通過對這種納米纖維素膜進一步研究發現僅僅在手掌濕度的影響下，這種纖維素納米纖維膜就可以實現有效的彎曲。如圖 7(b)所示，當用手指靠近薄膜時，薄膜在微量濕度的刺激下就可實現彎曲，具有極高的刺激響應靈敏性。此外，這種驅動是可逆且雙向的，有助于實現驅動器的自由彎曲變形。但也應指出這種驅動器的彎曲是建立在膜兩側濕度存在差異的情況下而實現的，當把薄膜放入濕度均一的環境下時，即使濕度發生變化薄膜也無法表現出彎曲的特性，這也是單層驅動器在未來應該提升的一個方面。

圖7 不同厚度的納米纖維素在相對濕度為40%時曲 率隨時間的變化圖及8 μm厚的薄膜在不同相對濕度 下曲率隨時間的變化圖(a)[15]和薄膜在手指濕度刺激下的 彎曲形變圖片(b)[15]Fig.7 Time dependence of the bending for different film thicknesses for a fixed humidity value difference ΔRH=40% and time dependence of the bending for different humidity values for a fixed film thickness of 8 μm(a) and image of membrane bending and deforming under finger humidity stimulation(b)

3.2 pH刺激驅動器

納米纖維素由于表面易于改性，在調節pH的過程中能夠使納米纖維素產生形態變化，基于此，納米纖維素成為了pH刺激響應的驅動器的研究熱點[22，40]。2012年，Way等[21]闡述了改性過后的CNC-COOH和CNC-NH2在不同pH下的刺激響應機制。基于此原理，2020年，Chemin等[41]提出了一種由改性的纖維素納米纖維(NFC)制備的雙層膜驅動器，如圖 8所示，該雙層膜分別為帶有羧基的NFC和不帶羧基的NFC，為了驗證這種驅動器的pH響應特性，首先將這種膜放入水中，發現并未出現彎曲變化，而當膜放入0.1 M的氫氧化鈉中時，可以明顯觀察到在堿性pH的刺激下，由于羧基間的靜電排斥使驅動器向著不含羧基的NFC方向進行彎曲，并在60 s內達到最大彎曲程度。另外，研究者通過對納米纖維素進行不同程度的氧化，根據改性后所接電荷的含量使雙層膜驅動器實現不同程度的彎曲，為驅動器實現可控彎曲提供了一種很好的制備途徑。但是，這種納米纖維素經改性后會極大的影響其本身的機械性質：帶有多電荷的納米纖維素相比于中性和少電荷的納米纖維素具有差的機械性能，所以增強機械性能是今后pH驅動器所應提升的一個重要方面。

圖8 由NFC和NFC-COOH組成的雙層膜 驅動器在pH=13時的響應示圖[41]Fig.8 The response diagram of a double layer membrane actuator consisting of NFC and NFC-COOH at pH=13

3.3 溫度刺激驅動器

近年來，研究者對納米纖維素在溫度刺激下進行了大量研究，制備了許多性能優良的驅動器[42-43]。2019年，Kuang等[16]使用溶劑蒸發協作的自組裝方法設計了一種具有微觀圖案的雙層驅動器，這種驅動器由特定排列結構的納米纖維素和被動層來構成，基于納米纖維素在被動層上排列的微型結構及兩層之間吸濕性的差異，在40 ℃的條件刺激下驅動器展現出了快達3.3 s的響應時間以及強大的驅動力，并通過實驗證明了一塊6 cm×1 cm×45 μm的長條可以提起相當于自生重量1000倍的物體，如圖 9所示，在同類驅動器中顯示出明顯的性能優勢。利用這種優良特性，作者設計了多種軟驅動器模型可視化的展現了這種驅動器優異的力學性能，證明了其在軟體機器人和仿生系統方面潛在的應用前景。

圖9 CNF軟體雙層驅動器與先前報道的驅動器的 起重比對時間的響應圖[16]Fig.9 Time vs. lifting weight ratio plot comparing various stimuli-driven actuators with the CNF-soft actuator

此外，水凝膠型驅動器在溫度刺激下展現出明顯的形變特性。2020年，Chang等[42]通過聚(N-異丙基丙烯酰胺)和聚 (N-羥乙基丙烯酰胺)構建了一種溫度響應的雙層水凝膠驅動器，通過向聚(N-羥乙基丙烯酰胺)表面添加納米纖維素可以提高水凝膠的交聯密度和粘性，使水凝膠的力學性得到很大程度的提升，經過實驗證明，改性了的水凝膠驅動器可提起相當于自身重量18倍的物體。這對于水凝膠基驅動器的發展具有很好的促進效果。

3.4 光刺激驅動器

建立一種可遠程操控的驅動器對于人工智能、仿生材料等領域來說具有十分重要的意義，因而建立光刺激型的驅動器對于驅動器的發展十分重要。2018年，Zhao等[31]利用一步原位聚合的方法，將纖維素納米纖維加入到聚氮異丙基丙烯酰胺-納米尺度的沸石粘土-聚乙烯醇-氧化石墨烯材料中構筑了一種具有納米復合材料的水凝膠驅動器，經過實驗研究發現隨著納米纖維素的增多將導致水凝膠的交聯密度增加，使得水凝膠的強度和膨脹復原速率能力增強。如圖10所示，隨著納米纖維素的增加，水凝膠的應力由不加納米纖維素時的12.8 kPa依次增大為15.1 kPa、16.2 kPa、17.9 kPa，將有力的改善水凝膠的力學性能，提高水凝膠的強度。此外，這種方式所制備的水凝膠能夠承受拉伸、彎曲、壓縮和打結在內的多種復雜負載形式。在近紅外光下，通過材料各組分間的相互作用可以實現水凝膠的快速彎曲響應，這種材料有望在仿生智能柔性材料領域得到運用和發展。

圖10 不同NFC含量水凝膠的力學特性示意圖[31]Fig.10 Stress values， strain values and the corresponding knotted state images of the hydrogels with various NFC contents

3.5 其他刺激驅動器

圖11 靜電紡絲方法制備PANI/CA驅動器的示意圖[42]Fig.11 Schematic diagram of fabrication process for electrospun PANI/CA actuators

2013年，Hong等[44]制備了一種基于醋酸纖維素納米纖維(CA)和聚苯胺(PANI)納米微粒的薄膜驅動器，如圖11所示，其運用靜電紡絲的制造工藝使聚苯胺在醋酸纖維素納米纖維膜上均勻分布，巧妙地利用了醋酸纖維素納米纖維的極性羥基與聚苯胺仲胺之間的氫鍵相互作用，通過對電場中帶電聚苯胺和醋酸纖維素納米纖維內部自由離子的遷移特性進行調控就可實現驅動效果，研究發現，在3 V的工作電壓下，醋酸纖維素納米纖維中加入0.5wt%的聚苯胺時可比純醋酸纖維素納米纖維驅動器驅動性能提升4倍。這種利用離子靜電相互作用來制備驅動器的方法極大的促進了驅動器的發展。此外，納米纖維素還可結合一些特殊材料實現在其他特定條件下的刺激響應，他們將在軟機器人、藥物運輸等領域發揮重要的作用[45-46]。

4 結 語

納米纖維素作為一種新型可再生的綠色天然材料，具有官能團易于修飾改性，高力學性能和高透明度等優勢。同時，納米纖維素可被組裝成多種宏觀形式，根據使用過程中聚集態和形式不同，劃分為一維纖維纖絲材料、二維薄膜材料以及三維凝膠材料，在驅動器領域發揮著重要作用。本工作依據納米纖維素的結構特征，分別從納米纖維素的制備、納米纖維素在驅動器領域的驅動機制及相關驅動器的研究進展三個方面進行了論述。通過對近年來納米纖維素在驅動器領域的研究進行總結，旨在說明各類納米纖維素驅動器的優缺點，為制造更加性能優良的驅動器提供了借鑒和指導。