对直径与人类头发相当甚至更细的微纤维进行精确、可逆的方向与形状控制，一直是微尺度操作中的难点。波兰科学院物理化学研究所（IChF）一个跨学科研究团队近日提出一种以电力驱动微纤维形变的方法，并在《自然通讯》发表概念验证结果，展示原始（未涂覆、未改性）碳纤维可在电化学过程中产生可逆运动。

研究聚焦：裸碳纤维作为微型执行器

研究团队在国际合作框架下开展实验，目标是降低微纤维“可控运动”对复杂涂层或结构改性的依赖。研究人员指出，尽管近年来微纤维与纳米纤维制备手段不断丰富，能够对电、光、热或溶液 pH 等刺激作出响应的“智能材料”也持续发展，但在纤维运动的可控操作方面，现有可用方案仍存在不足。

在该研究中，团队选择碳纤维作为对象。碳纤维以机械性能突出、强度高且质量轻而被广泛用于复合材料增强，同时其电学特性也使其在功能材料研究中受到关注。

装置与机理：双极电池中的不对称电化学过程

研究人员将直径为微米级的单根碳纤维置于电化学装置中，采用双极电池（bipolar cell）结构。该类装置自20世纪70年代以来已在生物传感、电化学反应器和电池等领域得到应用。

实验中，团队比较了两类碳纤维：表面光滑型与具有非对称粗糙特征的纤维。在含有苯醌/氢醌作为氧化还原对的支持电解质中，Li+ 与 ClO4- 等离子在外加电压作用下与纤维表面发生插入相关过程。

研究观察到，原始粗糙纤维存在孔隙分布不对称，导致其响应与光滑纤维不同：在施加电压时，离子插入过程呈现不对称性，使纤维发生弯曲；在还原过程中，离子从纤维表面排出，纤维则回到初始位置。研究团队据此指出，离子在足够电压下进出碳纤维，可驱动纤维向特定方向运动，且该运动具备可逆性。

无线驱动与可重复运动

研究团队负责人、IChF 的 Wojciech Nogala 博士表示，团队利用闭合双极电池实现了对悬浮碳纤维的无线电化学驱动。其解释称，纤维天然存在的非对称沟槽结构会造成电双层分布不均匀，从而形成产生运动所需的初始不对称条件，并引发不对称张力与收缩；双极电池两个腔室内同时发生氧化与还原反应，使得在无直接电连接条件下仍可实现驱动。

研究还显示，纤维运动幅度与施加电压及纤维长度有关。通过脉冲电压并调节电压大小与脉冲持续时间，可使纤维实现循环的上下运动，具备充当微观镊子等功能的潜力。研究团队认为，该系统不仅适用于单根纤维，也可扩展至微型执行器场景，面向微机械与软体机器人等方向的微尺度运动控制需求。