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新型纳米复合光致变形智能材料研究方面取得系列进展

日期:2016-10-14

光致变形材料是一种在光波的照射下,材料本体发生变形(伸缩、弯曲)现象的新型智能材料,它能实现光能到机械能的直接转化,而无需通过齿轮等机械传送装置的转换,具有远程的、无接触、无损伤、易操控等特点,在仿生机器人、生物医学器件、微流控、太阳帆等领域具有重要的应用前景。因而发展高性能的光致变形材料具有重要的科学意义和应用价值。对于光致变形材料的设计而言,能量转换方式和结构组装是两个重要的方面,会直接影响到光-机械的性能输出。

中科院苏州纳米所陈韦研究员课题组近年来致力于纳米复合的光致变形研究,通过从微观到宏观的多级结构有序组装,发展了一系列基于光响应纳米基元的宏观聚合物基柔性光致变形材料,成功的将纳米尺度的光响应积累放大为宏观尺度的光致变形。他们设计合成了多种具有光-机械响应的纳米级棒状分子晶体,通过原位结晶或自发组装的方式使纳米尺寸分子晶体具有特定的取向性和分布性,从而使宏观薄膜获得良好的光致变形特性,在较弱的365nm紫外光照下发生显著弯曲,而在暗环境下完全恢复(Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 6496.);以具有波长选择性的金纳米颗粒和金纳米棒作为能量转换基元,设计了基于光热驱动原理的双晶片光驱动器,得到了可调波长选择性和湿度梯度的新颖驱动机理(J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 1888.);将碳纳米管与石墨烯复合,并且刻意地引入了界面热应力,获得了卷曲的石墨烯-碳纳米管/聚合物光致变形薄膜,该复合薄膜在光照射下可在数秒的时间内从卷曲的形状展开成平直的形状,当光照撤出后,可快速恢复到其最初的卷曲形状,从而具有类形状记忆特性,在此基础上,发展了光驱动机器人、智能窗帘等一系列原型光驱动器件(Adv. Mater. 2015, 27, 7867.)。

 

 

该课题组在纳米复合光致变形领域的上述研究工作受到国际同行的关注。最近,该课题组结合国内外研究现状,对光致变形的基本驱动机理、光响应纳米基元的选择设计、从微纳尺度光响应到宏观光致变形的组装策略、以及基于光致变形材料器件的实际应用做了全面的总结和展望,并于近期在国际学术期刊Advanced Materials上在线发表该综述文章(Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.201602685,http://dx.doi.org/10.1002/adma.201602685)。
上述工作得到了国家自然科学基金、科技部港澳台合作专项以及江苏省自然科学基金等的大力支持。 (中国聚合物网)

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