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“不知疲倦”的仿生軟材料：和生物一樣的形變

2017-09-13 16:46:04 作者：本網(wǎng)整理來(lái)源：人民網(wǎng) 分享至：

無(wú)論什么材料都有一定的機(jī)械性能，無(wú)法進(jìn)行永久地復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，而據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》報(bào)道，華東師范大學(xué)張利東課題組與中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院杜學(xué)敏課題組合作，設(shè)計(jì)出了一種聚合物智能薄膜，該智能薄膜“不知疲倦”，可以永遠(yuǎn)保持優(yōu)異的性能，因而被稱(chēng)為“不知疲倦”的仿生軟材料。那么，這款“不知疲倦”的仿生軟材料到底是什么樣的？它的應(yīng)用前景又如何？

智能薄膜的仿生形變

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》介紹，研究團(tuán)隊(duì)以聚偏氟乙烯（英文簡(jiǎn)稱(chēng)為PVDF）和聚乙烯醇（英文簡(jiǎn)稱(chēng)為PVA）高分子材料為研究對(duì)象，模擬生物結(jié)構(gòu)衍生規(guī)律，利用模板技術(shù)將微孔道仿生結(jié)構(gòu)復(fù)制到PVDF膜表面，使得制備的PVDF/PVA雙層薄膜在結(jié)構(gòu)上具有周期變化的機(jī)械張量，實(shí)現(xiàn)了智能薄膜的仿生性能，通過(guò)外界刺激便可對(duì)智能薄膜仿生行為進(jìn)行操控。該智能薄膜對(duì)丙酮分子的刺激極其敏感，并且通過(guò)對(duì)丙酮分子的快速吸收和釋放，可實(shí)現(xiàn)智能薄膜的長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)定向形變。

張利東在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪(fǎng)時(shí)表示，該智能薄膜的實(shí)驗(yàn)過(guò)程也很有趣。當(dāng)PVDF膜表面微孔道排列和薄膜的長(zhǎng)軸夾角保持在30°或60°時(shí)，薄膜受到丙酮分子刺激產(chǎn)生右手性的纏繞運(yùn)動(dòng)；反之，微孔道排列和薄膜的長(zhǎng)軸夾角保持在-30°或-60°時(shí)，薄膜則產(chǎn)生左手性的纏繞形變；當(dāng)這種夾角保持在90°時(shí)，雙層膜吸收丙酮分子而產(chǎn)生向著PVA層的定向彎曲形變。

材料是人類(lèi)生產(chǎn)和生活的物質(zhì)基礎(chǔ)。近些年來(lái)，人們對(duì)所使用的材料提出了越來(lái)越高的要求，材料科學(xué)的發(fā)展由傳統(tǒng)單一的僅具有承載能力的結(jié)構(gòu)材料或功能材料，向多功能化、智能化的結(jié)構(gòu)材料發(fā)展。由于受到自然界生物的啟示，仿生材料受到越來(lái)越多的關(guān)注。據(jù)南方網(wǎng)報(bào)道，“不知疲倦”的仿生軟材料可以通過(guò)不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)定向運(yùn)動(dòng)，可以用于監(jiān)控空氣中的丙酮濃度等。此外，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)。仿生軟材料的運(yùn)動(dòng)方式可以與自然界中各種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)方式相媲美，它將大大推動(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。（郭星星）

本文由中科院物理所副研究員羅會(huì)仟進(jìn)行科學(xué)性把關(guān)，專(zhuān)家主要研究領(lǐng)域?yàn)槌瑢?dǎo)、電子、電磁、半導(dǎo)體、自動(dòng)化、中子散射等。

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