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從1880年到今天：電活性聚合物的驚人發展歷程是什麼？
電活性聚合物（EAP）是一種能在電場刺激下變化大小或形狀的聚合物。這類材料最典型的應用在於驅動器和感測器。EAP的一個顯著特性是，它們可以在承受大力的同時進行大幅度變形。過去的驅動器大多由陶瓷壓電材料製成，儘管這些材料能夠承受大力，但其變形常常不到千分之一。而到了1990年代末，研究顯示某些EAP可以達到高達380%的應變，遠超過任何陶瓷驅動器。EAP在機器人技術中的一個重要應用是發展人工肌肉，因此電活性聚合物經常被稱為人工肌肉。
歷史上，電活性聚合物的研究起始於1880年，威廉·倫琴設計了一個實驗，檢驗靜電場對天然橡膠機械性能的影響。
從空氣中施加電荷於固定一端的橡膠帶，並觀察其長度變化。1925年，第一種壓電聚合物（電介質）被發現，這一研究也為EAP的未來奠定了基礎。這種材料是通過將卡納巴蠟、樹脂和蜂蠟混合，在施加的直流電壓下冷卻而成的。隨著時間的推移，聚合物對環境條件的回應也成為了這一研究領域的重點之一。1949年，卡查爾斯基等人證明了膠原纖維在酸或鹼溶液中會呈現體積變化的特徵，這也引發了針對其他刺激的研究。
到了1969年，川井證實聚偏二氟乙烯（PVDF）具有強大的壓電效應，這引發了研究者對開發其他具有類似效應的聚合物的濃厚興趣。
1977年，首批電導聚合物由鹽川英樹等人發現，透過碘蒸氣掺雜可使聚乙炔的導電性增加八個數量級。隨著1990年代初期離子聚合物金屬複合材料（IPMCs）的發明，EAP的發展進入了新階段。這種材料僅需一至兩伏的電壓即可產生變形，這一特點顯示EAP有了更大的應用潛力。
1999年，尤塞夫·巴爾－科漢提出了EAP機器手臂與人類比賽的想法，並在2005年的會議中舉行了第一場比賽。2002年，日本的Eamex公司生產了第一個商業化的EAP人工肌肉裝置，這只可以獨立游泳的魚，加速了EAP在實際應用中的發展。不過，相關技術的實際進展仍然不如人意。1990年代得到DARPA資助的研究，於2003年成立了人工肌肉公司，至2008年進行工業生產。
電活性聚合物的類型
EAP根據其結構可簡單分為兩大類：介電型和離子型。
介電型EAP
在介電型EAP中，驅動是由電極之間的靜電力引起的。介電彈性體能夠達到非常高的應變，並且相當於一個電容器，當施加電壓時，其電容會隨之變化。
壓電聚合物
這一類聚合物使用壓電效應打造聲學傳感器和電機驅動器，因其內在的壓電響應而應用廣泛。
液晶高分子
主鏈液晶高分子具備鏈狀結構，能在熱變化下表現出獨特的機械特性和潛在的機械驅動應用。
離子型EAP
這類聚合物的驅動由聚合物內部的離子位移引起，只需幾伏特的電壓，但相對需要較高的電力。
未來的發展方向
雖然EAP領域仍在發展中，但仍有許多挑戰待解決。一方面，改善EAP的性能與長期穩定性，設計防水的表面以防止水分蒸發，將會有效提升其在各種環境下的可靠性。另一方面，開發熱穩定的EAP，以提高其在更高電壓下持續運作的可能性，也是未來的研究重點之一。
在這樣不斷進步的背景下，EAP技術未來有機會融合到越來越多的應用領域，尤其是在人類和機器互動的界面上。隨著材料科學技術的進步，再加上生物仿真技術的發展，我們不禁思考，電活性聚合物將會在未來帶來什麼樣的驚人變革？
