納米復(fù)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(xiàn)象的新型智能材料，它能實現(xiàn)光能到機械能的直接轉(zhuǎn)化，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，在仿生機器人、生物醫(yī)學(xué)器件、微流控、太陽帆等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)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(xué)意義和應(yīng)用價值。對于光致變形材料的設(shè)計而言，能量轉(zhuǎn)換方式和結(jié)構(gòu)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(xué)院蘇州納米技術(shù)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(fù)合的光致變形研究，通過從微觀到宏觀的多級結(jié)構(gòu)有序組裝，發(fā)展了一系列基于光響應(yīng)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(yīng)積累放大為宏觀尺度的光致變形。他們設(shè)計合成了多種具有光-機械響應(yīng)的納米級棒狀分子晶體，通過原位結(jié)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(fù)（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(zhuǎn)換基元，設(shè)計了基于光熱驅(qū)動原理的雙晶片光驅(qū)動器，得到了可調(diào)波長選擇性和濕度梯度的新穎驅(qū)動機理（J. Mater. Chem. C, 2015, 3, 1888.）；將碳納米管與石墨烯復(fù)合，并且刻意地引入了界面熱應(yīng)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(fù)合薄膜在光照射下可在數(shù)秒的時間內(nèi)從卷曲的形狀展開成平直的形狀，當(dāng)光照撤出后，可快速恢復(fù)到其最初的卷曲形狀，從而具有類形狀記憶特性，在此基礎(chǔ)上，發(fā)展了光驅(qū)動機器人、智能窗簾等一系列原型光驅(qū)動器件（Adv. Mater. 2015, 27, 7867.）。 

　　該課題組在納米復(fù)合光致變形領(lǐng)域的上述研究工作受到國際同行的關(guān)注。最近，該課題組結(jié)合國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，對光致變形的基本驅(qū)動機理、光響應(yīng)納米基元的選擇設(shè)計、從微納尺度光響應(yīng)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(yīng)用做了全面的總結(jié)和展望，并于近期在國際學(xué)術(shù)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(xué)基金、科技部港澳臺合作專項以及江蘇省自然科學(xué)基金等的大力支持。

從納米光響應(yīng)基元到宏觀尺度高性能光驅(qū)動器的設(shè)計組裝示意圖