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合工大胡穎/哈工大赫曉東、彭慶宇 AFM：能實現(xiàn)向光性變形與自振蕩運動的MXene柔性光驅(qū)動器
2023-10-24  來源：高分子科技

  向光性變形和自振蕩運動都屬于生物體進(jìn)行自我調(diào)節(jié)的智能運動，在太陽能轉(zhuǎn)化利用、智能機(jī)械系統(tǒng)、柔性機(jī)器人、驅(qū)動馬達(dá)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。雖然這兩種運動現(xiàn)象都涉及到刺激-響應(yīng)過程中負(fù)反饋回路的建立，但在人工智能驅(qū)動系統(tǒng)中很難同時實現(xiàn)。


  近日，合肥工業(yè)大學(xué)胡穎教授與哈爾濱工業(yè)大學(xué)赫曉東教授、彭慶宇教授課題組合作，制備了一種基于MXene納米片的柔性薄膜光驅(qū)動器，并通過安裝負(fù)載的調(diào)節(jié)手段，實現(xiàn)了該驅(qū)動器在恒定光照下從向光變形到可調(diào)節(jié)的自振蕩變形。該驅(qū)動器是由具有良好光熱效應(yīng)的Ti3C2Tx MXene納米片與三維結(jié)構(gòu)纖維素紙、聚酰亞胺（PI）薄膜組裝而成的三層結(jié)構(gòu)柔性薄膜。當(dāng)用一束激光去照射該驅(qū)動器，它能向光彎曲變形，并且其彎曲方向會隨著光照方向的改變而實時變化，從而表現(xiàn)出類似于向日葵向光運動的特性。


圖1 MXene驅(qū)動器的制備及表征


圖2 MXene驅(qū)動器的向光變形及驅(qū)動機(jī)制

  通過在該驅(qū)動器前端增加負(fù)載，可以將驅(qū)動器的向光性變形行為轉(zhuǎn)變?yōu)樽哉袷庍\動。更重要的是自振蕩運動的頻率和振幅可以通過調(diào)節(jié)入射光功率、驅(qū)動器長度和負(fù)載的重量進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)。


圖3 MXene驅(qū)動器的光驅(qū)動自振蕩運動

  該驅(qū)動器能將恒定光照轉(zhuǎn)化為連續(xù)的可調(diào)節(jié)的機(jī)械振蕩運動，從而有望作為一種新型的智能馬達(dá)平臺，通過在其負(fù)載上安裝反射鏡、導(dǎo)電線圈、葉片等不同功能的附件，可以實現(xiàn)各種應(yīng)用，包括信息傳輸、光致發(fā)電、多模式智能開關(guān)、新型光控引擎等。


圖4 MXene基自振蕩器的應(yīng)用

  以上研究成果以“A MXene-Based Light-Driven Actuator and Motor with Self-Sustained Oscillation for Versatile Applications”為題發(fā)表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上。合肥工業(yè)大學(xué)碩士生劉金全和哈爾濱工業(yè)大學(xué)助理研究員徐亮亮為論文的共同第一作者，合肥工業(yè)大學(xué)胡穎教授、哈爾濱工業(yè)大學(xué)赫曉東教授、彭慶宇教授為論文的共同通訊作者。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202310955

  參考文獻(xiàn)：

  [1] J. Liu, L. Xu, Q. Ji, L. Chang, Y. Hu, Q. Peng, X. He. A MXene-Based Light-Driven Actuator and Motor with Self-sustained Oscillation for Versatile Applications. Adv. Funct. Mater. 2023, 2310955.

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