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你見過自己會“做運(yùn)動”的神奇材料嗎？

穿上用這種神奇材料做的衣服，

出汗了，它會自己“張開”幫你排汗，

汗收了，它又聰明地關(guān)上“小門”，

防止你吹風(fēng)著涼：）

這種“做運(yùn)動”的變形方式叫做“智能致動”！

  近日，東華大學(xué)科研人員在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）子刊《自然?通訊》 (Nature Communications)上發(fā)表智能致動材料相關(guān)研究論文。該研究論文題為《基于分子通道驅(qū)動的變形-變色多功能致動薄膜》（“Molecular-ChannelDriven Actuator with Considerations for MultipleConfigurations and Color Switching”） (DOI:10.1038/s41467-018-03032-2)，由東華大學(xué)纖維材料改性國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王宏志教授課題組（以下簡稱為“AFMG課題組”）和佐治亞理工大學(xué)艾爾莎?瑞秋曼尼斯(Elsa Reichmanis) 教授課題組合作撰寫，報道了研究團(tuán)隊(duì)在智能致動材料領(lǐng)域取得的最新進(jìn)展。

奇趣大自然帶來科研“靈感”

（含羞草對外在環(huán)境產(chǎn)生自適應(yīng)響應(yīng)行為）

  在大自然中，各色各樣的生物能夠賴以生存，其重要基礎(chǔ)之一在于對光、熱、濕度以及磁場等外部刺激具有不同程度的自適應(yīng)響應(yīng)行為。而這些行為的形成與納米分子通道息息相關(guān)。納米分子通道廣泛存在于活體細(xì)胞及生物組織中，并在小分子的輸運(yùn)與存儲過程中起到不可替代的作用。

（捕蠅草的自適應(yīng)響應(yīng)行為）

  例如，我們常見的含羞草、捕蠅草等植物，它們之所以能夠?qū)ν庠诃h(huán)境產(chǎn)生響應(yīng)性，其原理就是通過分子通道實(shí)現(xiàn)組織中水分子的再分配，從而引起組織細(xì)胞液體的壓力差來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動行為的。受自然界啟發(fā)，東華大學(xué)AFMG課題組與合作單位對大量材料進(jìn)行了廣泛研究。在此次發(fā)表的論文中，研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于納米通道機(jī)理的自適應(yīng)氣體響應(yīng)的驅(qū)動材料，及其能夠感知外界氣體種類及濃度變化并產(chǎn)生相應(yīng)的主動變形行為。

智能面料越動越聰明

（體表濕熱調(diào)節(jié)智能布料及變形-變色雙響應(yīng)薄膜研究示意圖）

  據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)目前已在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種基于商品化全氟磺酸樹脂的氣體響應(yīng)致動材料，其響應(yīng)速度極快(響應(yīng)時間短至0.25 s)且性能穩(wěn)定。基于這種致動材料，團(tuán)隊(duì)獲得了一種具有體表溫度與濕度調(diào)節(jié)作用的智能面料，該面料在人體溫度和濕度發(fā)生變化時，可產(chǎn)生開/關(guān)孔道致動行為，進(jìn)而對體表濕熱環(huán)境進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，提高人體體表舒適感。

（開關(guān)孔示意圖）

（解螺旋示意圖）

  同時，研究團(tuán)隊(duì)還將該材料與光子晶體技術(shù)結(jié)合，設(shè)計出了一種可根據(jù)空氣濕度變化產(chǎn)生變形-變色雙重響應(yīng)能力的智能薄膜。以上相關(guān)研究得到國家自然科學(xué)基金、上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人、上海市東方學(xué)者跟蹤計劃等項(xiàng)目和人才計劃的大力支持。

  東華大學(xué)系該論文第一完成單位，東華大學(xué)材料學(xué)院博士畢業(yè)生穆九柯（現(xiàn)為美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校博士后）與美國西北大學(xué)博士后王剛系共同第一作者，王宏志教授、艾爾莎?瑞秋曼尼斯教授以及東華大學(xué)材料學(xué)院張青紅研究員為共同通訊作者。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-03032-2