NYU·坦登工程学院 图1溶剂化驱动致动器的物理学
(a)未变形膜的俯视图，其阳极(左)和阴极(右)由虚线界定
外部溶液中的阳离子在阳极进入膜(J+a出)，并迫使最初在膜中的阳离子从侧面扩散到外部溶液中(J+a入)
其他膜阳离子在阴极离开膜
溶剂化的阳离子在其溶剂化壳层中带着水分子(J a 0出，J a 0入，J c 0入)
由于膜阳极(膨胀)和阴极(收缩)的局部体积变化，溶剂化阳离子的迁移导致宏观驱动
e表示电场的方向
物理评论快报(2021)
DOI: 10
1103/PhysRevLett
126
046001 在一项由NYU坦顿学院的莫里齐奥·波尔菲里教授领导的新研究中，研究人员展示了一种新的驱动原理——将电能转化为运动
这种驱动机制基于溶剂化，即溶液中溶质和溶剂分子之间的相互作用
这种现象在水中尤其重要，因为它的分子是极性的:氧比氢更能吸引电子，所以氧带一点负电荷，氢带一点正电荷
因此，水分子被溶液中的带电离子吸引，在它们周围形成壳层
这种微观现象在溶液的性质和蛋白质折叠等基本生物过程中起着至关重要的作用，但在这项研究之前，没有证据表明溶剂化会产生潜在的宏观力学后果
这组研究人员还包括阿兰·博尔迪尼博士
D
NYU·坦登大学机械和航天工程系的候选人
韩国科学技术研究所的杨苏查提出，溶剂化可以用来在材料中产生宏观变形
为此，波尔菲里和他的团队使用离聚物膜，这是一种独特的聚合物材料，负电荷不能移动
正离子很容易进入这些膜，而负离子被它们排斥
为了演示驱动，将离聚物膜浸入两个电极之间的水和盐的溶液中
在电极间施加电压会导致薄膜弯曲
这篇题为“溶剂化驱动的电化学驱动”的论文发表在美国物理学会的物理评论快报上
根据波尔菲里和他的团队开发的模型，电压导致正离子流向负电极
这些离子从一侧进入膜，同时水分子也在它们的溶剂化壳层中
在膜的另一边，正离子和它们的溶剂化壳被拖到外面
膜的反应就像海绵一样:充满水的一面膨胀，而水少的一面收缩
这种差异膨胀产生了膜的宏观弯曲
研究不同离子的驱动有助于理解这一现象，因为不同的离子吸引它们周围不同数量的水分子
溶剂化宏观力学结果的发现为膜的进一步研究铺平了道路
该小组希望在电化学电池(电池、燃料电池和电解槽)领域得到应用，这些领域通常依赖于本研究中使用的膜
这些膜与天然膜也有相似之处，如细胞膜，在细胞膜上溶剂化的机械效应在很大程度上是未知的
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