深圳先進(jìn)院等研發(fā)出“不知疲倦”可長(zhǎng)久持續(xù)運(yùn)動(dòng)的仿生智能薄膜

近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院醫(yī)工所仿生智能材料課題組杜學(xué)敏副研究員（第二通訊作者單位）與華東師范大學(xué)張利東研究員（第一通訊作者單位）合作，設(shè)計(jì)出了一種“不知疲倦”、快速響應(yīng)的聚合物智能薄膜。這一成果 Vapomechanically Responsive Motion of Microchannel-Programmed Actuators日前發(fā)表在 Advanced Materials上 (DOI: 10.1002/adma.201702231，IF：19.79)。 

　　聚合薄膜往往想擁有快速響應(yīng)、“不知疲倦”的運(yùn)動(dòng)特性，就需要犧牲材料的機(jī)械性能。這款復(fù)合薄膜通過(guò)別出心裁的材料選擇與陣列化通道設(shè)計(jì)，薄膜在丙酮的蒸汽氛圍中，會(huì)“不知疲倦”翩然起舞，并可以將薄膜卷曲成各種可控復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)槿軇┓肿釉诒∧ぶ袑?shí)現(xiàn)了差異化溶脹，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)薄膜發(fā)生復(fù)雜形變運(yùn)動(dòng)。更為重要的是，該智能薄膜在經(jīng)過(guò)溶劑氛圍數(shù)天的反復(fù)刺激，卻仍然保持著優(yōu)異的機(jī)械性能。 

　　薄膜可通過(guò)不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)定向運(yùn)動(dòng)，由此，可以用于監(jiān)控空氣中的丙酮濃度。這種智能薄膜還可以用于驅(qū)動(dòng)其他材料、器件運(yùn)動(dòng)，更重要的是，這種“不知疲倦”的薄膜賦予了智能高分子材料全新的運(yùn)動(dòng)特性。這種讓惰性高分子“不知疲倦”地運(yùn)動(dòng)起來(lái)，媲美自然界中復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)方式，將大大推動(dòng)聚合物材料在傳感器、人工肌肉、柔體機(jī)器人等領(lǐng)域的重要應(yīng)用。 

　　該研究得到國(guó)自然基金、廣東省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、深圳市孔雀團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目支持。

動(dòng)圖：智能薄膜定向卷曲，模擬花朵運(yùn)動(dòng)及在溶劑氛圍中持久運(yùn)動(dòng)（由上至下）

聚偏氟乙烯/聚乙烯醇雙層膜的仿生形變。花瓣形狀的雙層膜吸收丙酮分子產(chǎn)生像蘿卜花一樣的形變運(yùn)動(dòng)。利用此種仿生運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的薄膜傳感器，可以長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)環(huán)境中丙酮濃度。當(dāng)環(huán)境中丙酮濃度過(guò)高時(shí)，傳感器自發(fā)形變接通電路，電燈亮。當(dāng)丙酮濃度逐漸降低時(shí)，傳感器恢復(fù)到原來(lái)形狀斷開(kāi)電路，電燈滅。利用電燈的變化來(lái)告知環(huán)境中丙酮蒸汽濃度的高低