合肥研究院響應性聚合物柔性能量轉換器研究獲系列進展

    中國科學院合肥物質科學研究院安徽光學精密機械研究所激光技術中心研究員方曉東課題組和中國科學技術大學化學與材料科學學院教授馬明明課題組合作，利用響應性聚合物，設計了濕度驅動并且磁場控制運動方向的柔性“牽引機”，相關研究工作以Magnetically directed soft actuators driven by moisture為題發(fā)表在Journal of Materials Chemistry C 上（J.Mater.Chem.C,2017,5,4129-4133）。該論文第一作者為合肥研究院安光所2014級博士生高鳳仙。

    利用多元醇摻雜的聚吡咯薄膜對濕度具有靈敏的響應性，在濕度的驅動下能夠作出連續(xù)的翻轉運動。研究人員利用聚吡咯薄膜的這一響應特性，通過在薄膜中摻入磁性納米粒子，設計了濕度驅動的柔性“牽引機”，外界磁場能夠有效控制薄膜的運動方向。這種柔性的驅動器可以有效地把環(huán)境中的能量轉換為動能，并可運輸貨物至目的地。

    此外，基于對溫度具有響應性的聚合物-聚偏氟乙烯，研究人員設計了水汽驅動的熱釋電納米發(fā)電機，它利用水蒸氣的冷凝放熱和蒸發(fā)吸熱實現(xiàn)熱釋電材料的溫度快速波動，不需要額外耗電設備。供電性能好，可獲得高達145伏的輸出電壓，并可以持續(xù)驅動低功耗的電子器件，如電子表等。作為一種柔性能源轉換器件，可有效收集環(huán)境中的廢熱，轉化為電能用于發(fā)電，該工作發(fā)表在Nano Energy (2016) 22 ,19-26。

    以上研究工作得到了國家自然科學基金的資助。

圖1  負載磁性納米粒子的薄膜結構示意圖和圖片

圖2  負載磁性納米粒子的薄膜對磁場和濕度的響應性

圖3 水汽驅動的熱釋電納米發(fā)電機示意圖