近日，中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員杜學(xué)敏與華東師范大學(xué)研究員張利東合作，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。相關(guān)成果日前發(fā)表于《先進(jìn)材料》。

聚合薄膜要擁有快速響應(yīng)、“不知疲倦”的運(yùn)動(dòng)特性，通常要犧牲材料的機(jī)械性能。新復(fù)合薄膜通過(guò)材料選擇與陣列化通道設(shè)計(jì)，在丙酮的蒸汽氛圍中會(huì)“不知疲倦”地翩然起舞，并可將薄膜卷曲成各種可控復(fù)雜結(jié)構(gòu)。這是由于溶劑分子在薄膜中差異化溶脹，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)薄膜發(fā)生復(fù)雜形變運(yùn)動(dòng)。更重要的是，該智能薄膜經(jīng)過(guò)溶劑氛圍數(shù)天的反復(fù)刺激，仍保持著優(yōu)異的機(jī)械性能。該薄膜可通過(guò)不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)定向運(yùn)動(dòng)，因此可以用于監(jiān)控空氣中的丙酮濃度。

智能薄膜定向卷曲

模擬花朵運(yùn)動(dòng)

在溶劑氛圍中持久運(yùn)動(dòng)

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 。

此外，它還可用于驅(qū)動(dòng)其他材料、器件運(yùn)動(dòng)。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，讓惰性高分子“不知疲倦”地運(yùn)動(dòng)起來(lái)，可媲美自然界中復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)方式。它將大幅推動(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。