青岛理工朱晓阳/华南理工章圆方《Prog. Mater. Sci.》顶刊综述

一、【导读】

电热激活软材料（EASMs）是一个新兴领域，通过整合智能软材料和电热激活技术来定制各种功能，具有能效高、设计灵活、适用范围广、设备依赖度低等优点，已成功应用于航空航天，并在软体机器人、生物医疗、人机交互和智能家居等前沿领域有着广阔的应用前景。然而，如何通过丰富的材料库、多场耦合模型和一体化制造技术实现性能协同、多功能集成的EASMs或EASM器件及其工程化应用仍有待深入探索。该综述从材料科学、应用物理和先进制造等多学科视角分析了EASMs的挑战与未来方向，以期促进学科交叉融合，最终推动EASMs在更多领域的工程化应用。

图1 文章在线发表截图

该综述以“Electrothermally activated soft materials: Mechanisms, methods and applications”为题，发表在材料科学领域国际顶级综述期刊《Progress in Materials Science》（IF=33.6）上。华南理工大学章圆方副教授和青岛理工大学朱晓阳教授为文章共同通讯作者，华南理工大学博士研究生龙承运为文章第一作者。文章得到了国家自然科学基金等项目的资助支持及香港大学机械工程系方绚莱教授的指导。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101406

二、【内容简介】

该综述内容框架涉及材料科学、应用物理和先进制造等多个领域（图2），从多学科视角对EASMs的挑战与未来方向进行分析。

（1）在电热激活技术与EASMs选材方面：分析了面向EASMs的电热激活技术在航空航天、智能电子、人机交互等前沿领域的工程需求及相对其他竞争技术（包括气压、电场、光场、磁场驱动等）的优势。进而建立了EASMs材料库，包括形状记忆聚合物（SMP）、液晶弹性体（LCE）、低熔点合金（LMPA）、液气相变材料（LVPCM）和其他热胀材料，系统地阐述了上述EASMs的激活机制、独特性能与功能并给出了选材原则（图3）。

（2）在电加热器件设计方面：电加热器件在智能软材料中的集成形式归纳为导电填料、导电薄膜和加热电路三种类型（图4），从功耗角度对比了这三类电加热器件的加热性能（图5），从电-热-力多场耦合的角度阐述了面向EASMs理论模型的发展与挑战，从结构设计角度讨论了加热电路结构-性能（加热、力学性能）间的关系。

（3）在制造技术与应用前景方面：系统地总结了集成各类电加热器件的EASMs制造技术及其基本原理、特点与局限（表1）。综述了EASMs在航空航天、生物医疗、软体机器人和人机交互等九大领域的应用前景。

（4）挑战与展望：指出了EASMs的挑战，包括低电压快速激活、多物理场精准调控及形/性一体化制造技术等方面，针对上述挑战提出了相应的解决思路或建议方案；并展望了EASMs从材料到器件再到系统的发展路线，涵盖多学科交叉研究、概念突破和需求牵引型创新（图6）。

图2 综述内容框架

图3 面向EASMs的电热激活技术工程需求及优势

图4电加热器件在智能软材料中的三类集成形式

图5三类电加热器件的加热性能

表1面向三类电加热器件的EASMs制造技术及其基本原理、特点与局限

图6EASMs发展路线展望
三、【作者介绍】

兰红波（团队带头人），二级教授，工学博士，博士生导师，山东省增材制造工程技术研究中心主任，山东省高等学校增材制造（3D打印）技术与应用重点实验室主任。国家有突出贡献中青年专家，入选国家百千万人才工程，国务院政府特殊津贴专家，教育部新世纪优秀人才，山东省泰山学者特聘专家。中国机械工程学会增材制造（3D打印）技术分会常务委员，国际标准化组织（ISO）增材制造(ISO/TC261)标委会委员，全国增材制造标委会（SAC/TC562）委员，中国机械工程学会极端制造分会委员，国家知识产权局中国专利审查技术专家。主要从事微纳3D打印、先进电子电路增材制造、复合/功能梯度材料增材制造等方向的研发和其工业化应用。先后主持国家自然科学基金纳米制造的基础研究重大研究计划项目、国家自然科学基金面上项目、山东省自然科学基金重大基础研究项目、山东省重点研发计划等18项纵向课题。以第一作者或通讯作者在Advanced Materials、Nano-Micro Letters、Advanced Science、Small、International Journal of Extreme Manufacturing、Additive Manufacturing、Composites Part B: Engineering、《科学通报》、《中国科学》、《机械工程学报》等国内外权威期刊发表高水平学术论文70余篇（Q1和T1），SCI/EI收录论文200余篇。以第一发明人授权美国发明专利5项，德国发明专利1项，日本发明专利1项，中国发明专利58项。以第一完成人获得软件著作权6项。主持和参与制定国家标准11项。以第一完成人获第48届日内瓦国际发明展金奖1项，山东省技术发明二等奖1项，山东省高等学校优秀科研成果奖一等奖1项。作为指导教师，指导的研究生在第十八届“挑战杯”全国大学生课外学术滚球体育 作品竞赛中荣获特等奖。作为研究生导师，指导的5名研究生获得山东省优秀硕士学位论文，1名获山东省研究生创新成果奖一等奖。美国、日本、瑞典、墨西哥等重要国际学术会议邀请报告26次。标志性成果：兰红波教授带领团队提出并建立了一种原创性微纳3D打印新技术：电场驱动喷射沉积微纳3D打印，研制出国内首台具有完全自主知识产权的电场驱动喷射沉积微纳3D打印机，五轴联动曲面共形电子3D打印机，并将该技术应用到先进电子电路增材制造、生物医疗、功能梯度材料和结构一体化制造等多个领域和行业。

章圆方（通讯作者），华南理工大学吴贤铭智能工程学院副教授，博士生导师。本硕连读毕业于法国里昂国立应用科学学院，获法国工程师文凭，期间赴柏林工业大学交流；博士毕业于法国南特中央理工学院；后赴新加坡滚球体育 设计大学担任研究员。长期从事先进材料3D/4D打印、智能材料结构、软体机器人、柔性电子等领域的交叉研究。现担任中国复合材料学会复合材料增材制造专委会委员、International Journal of Smart and Nano Materials青年编委；累计获国际重要学术会议青年学者奖2项、日内瓦国际发明展金奖1项、中国发明协会发明创业奖创新奖二等奖1项。在Sci. Adv.、Nat. Comm.、Prog. Mater. Sci.、Adv. Mater.、Nano Energy、Adv. Funct. Mater.等重要学术期刊上发表SCI论文40余篇（ESI热点/高被引论文6篇），入选Advanced Materials Technologies 2019、2021年度最佳论文各1篇。H因子20，总引用数2100余次。

朱晓阳（通讯作者），青岛理工大学教授，博士生导师。在Progress in Materials Science、 Advanced Materials、Advanced Science、Small、International Journal of Extreme Manufacturing等高水平期刊以第一或通讯作者发表论文50余篇；入选封面论文5篇，亮点报道论文2篇，ESI热点论文1篇，高被引论文3篇，入选Small期刊年度最佳论文1篇（4/1839），入选Wiley高下载量论文1篇，IF大于10以上的16篇；主持国家自然科学基金面上及青年项目、军委装备发展部重大成果转化项目等纵向课题9项；在国际重要学术会议上做邀请报告10次；制定国家标准2项；以第一发明人授权国内外发明专利19项，申请美国专利2项；获得日内瓦国际发明展金奖、青岛市青年滚球体育 奖、中国发明协会发明创业奖创新奖二等奖、国际先进材料协会青年科学家奖等。首位指导学生获“挑战杯”全国大学生课外学术滚球体育 作品竞赛终审决赛特等奖1项、“挑战杯”省特等奖1项、“互联网+”省银奖1项、其他大赛奖励16项（包括国家级科创大赛一等奖2项，二等奖1项，省级科创大赛一等奖4项）；首位指导研究生获省优硕/科研成果一等奖/优秀成果5篇/项。主讲课程获批“大国智造”主题案例库项目（多学科融合的前沿增材制造案例库），研究成果编入“科学出版社“十四五”普通高等教育研究生规划教材”。目前担任山东省增材制造工程技术研究中心副主任、全国增材制造标准化技术委员会工艺分技术委员会委员，Research及International Journal of Extreme Manufacturing等杂志青年编委，中国生产力促进中心协会增材制造委员会特聘专家，机械工程学会高级会员，国家自然科学基金通讯评审专家，Advanced Materials、Nature Communications、Advanced Functional Materials、Small、ACS Applied Materials & Interfaces等多个国际SCI期刊的审稿专家。

本文由作者龙承运供稿