納米復合的光致變形研究獲系列進展

　　光致變形材料是一種在光波的照射下，材料本體發(fā)生變形（伸縮、彎曲）現象的新型智能材料，它能實現光能到機械能的直接轉化，而無需通過齒輪等機械傳送裝置的轉換，具有遠程的、無接觸、無損傷、易操控等特點，在仿生機器人、生物醫(yī)學器件、微流控、太陽帆等領域具有重要的應用前景。因而發(fā)展高性能的光致變形材料具有重要的科學意義和應用價值。對于光致變形材料的設計而言，能量轉換方式和結構組裝是兩個重要的方面，會直接影響到光-機械的性能輸出。

　　中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員陳韋課題組近年來致力于納米復合的光致變形研究，通過從微觀到宏觀的多級結構有序組裝，發(fā)展了一系列基于光響應納米基元的宏觀聚合物基柔性光致變形材料，成功地將納米尺度的光響應積累放大為宏觀尺度的光致變形。他們設計合成了多種具有光-機械響應的納米級棒狀分子晶體，通過原位結晶或自發(fā)組裝的方式使納米尺寸分子晶體具有特定的取向性和分布性，從而使宏觀薄膜獲得良好的光致變形特性，在較弱的365nm紫外光照下發(fā)生顯著彎曲，而在暗環(huán)境下完全恢復（Angew. Chem. Int. Ed., 2013, 52, 6496.）；以具有波長選擇性的金納米顆粒和金納米棒作為能量轉換基元，設計了基于光熱驅動原理的雙晶片光驅動器，得到了可調波長選擇性和濕度梯度的新穎驅動機理（J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 1888.）；將碳納米管與石墨烯復合，并且刻意地引入了界面熱應力，獲得了卷曲的石墨烯-碳納米管/聚合物光致變形薄膜，該復合薄膜在光照射下可在數秒的時間內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，在此基礎上，發(fā)展了光驅動機器人、智能窗簾等一系列原型光驅動器件（Adv. Mater. 2015, 27, 7867.）。 

　　該課題組在納米復合光致變形領域的上述研究工作受到國際同行的關注。最近，該課題組結合國內外研究現狀，對光致變形的基本驅動機理、光響應納米基元的選擇設計、從微納尺度光響應到宏觀光致變形的組裝策略、基于光致變形材料器件的實際應用做了全面的總結和展望，并于近期在國際學術期刊《先進材料》上在線發(fā)表該綜述文章（Adv. Mater., DOI: 10.1002/adma.201602685.）。

　　上述工作得到了國家自然科學基金、科技部港澳臺合作專項以及江蘇省自然科學基金等的大力支持。

從納米光響應基元到宏觀尺度高性能光驅動器的設計組裝示意圖