蘇州納米所在石墨烯光驅(qū)動器及其應用研究中取得進展

　　光驅(qū)動器件可以把光能直接轉(zhuǎn)化為機械形變，而無需通過齒輪等機械傳送裝置的轉(zhuǎn)換，具有遠程的、無接觸、無損傷、易操控等特點，尤其是太陽光中幾乎具有無窮無盡的光能，因此，光驅(qū)動器件在實際應用中具有巨大的前景，同時也吸引了眾多研究工作者的興趣。光驅(qū)動器件研究的關(guān)鍵之一，是發(fā)展在光照下具有能量轉(zhuǎn)化特性的材料。碳納米管、石墨烯等納米材料因其獨特的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的光學、力學等特性，在光驅(qū)動的研究領(lǐng)域得到了廣泛的使用和發(fā)展。

　　最近，中國科學院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員陳韋課題組在基于石墨烯的高性能光驅(qū)動器件的研究方面取得了新的進展。他們將碳納米管與石墨烯復合，充分發(fā)揮石墨烯的二維平面結(jié)構(gòu)提高界面接觸性能，以及碳納米管的良好力學與導熱能力，并且刻意地引入了界面熱應力，從而獲得了卷曲的石墨烯-碳納米管/聚合物的雙層膜結(jié)構(gòu)（圖1）。該復合薄膜具有優(yōu)異的可逆光驅(qū)動性能，在光照射下可在數(shù)秒的時間內(nèi)從卷曲的形狀展開成平直的形狀，當光照撤出后，可快速恢復到其最初的卷曲形狀，從而具有類形狀記憶特性。

　　在該光驅(qū)動薄膜的基礎上，他們發(fā)展了一系列光驅(qū)動器件，包括光控智能窗簾（圖2a）。在無光照時呈完全卷曲狀態(tài)，而當外界有強太陽光入射時，即能自動展開覆蓋窗戶遮擋入射光；利用該卷曲結(jié)構(gòu)作為鉸鏈的光控智能盒子。在光照下，該盒子可以自動打開，將內(nèi)部的物體暴露在光照下，而當光照消失后，光控盒子則自動地關(guān)閉（圖2b-c）；進一步將這種卷曲的薄膜首尾相連形成一個閉合的圓圈，從而發(fā)展出一種特殊的光驅(qū)動機器人。在光照下，該機器人可以模擬坦克的運動形式，包括快速移動、翻越障礙以及爬臺階（圖3）。以上這些原型器件揭示了該卷曲的石墨烯光驅(qū)動薄膜在仿生機器人、智能家居、太陽能板、太陽帆等實際應用中的發(fā)展前景。相關(guān)論文近日發(fā)表于《先進材料》上（Advanced Materials, 2015, 27, 7867）。

　　該工作得到國家自然科學基金、科技部港澳臺合作專項的資助、江蘇省杰出青年自然科學基金、江蘇省自然科學基金以及中科院對外合作重點項目的資助。

圖1. 卷曲的石墨烯雙層光驅(qū)動薄膜

圖2.（a）光控智能窗簾，（b-c）光控智能盒子

圖3. 基于石墨烯復合智能薄膜的光驅(qū)動機器人