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科学家开发出能够响应光线的新材料
编辑:尚蒙科技无锡有限公司   时间:2018-08-03

塔夫斯大学工程学院的研究人员开发出磁性弹性体复合材料,当暴露在光线下时,它们以不同的方式移动,从而提高了这些材料可以实现从简单的发动机和阀门到太阳能电池阵列执行简单到复杂运动的各种产品的可能性。向阳光弯曲。这项研究在今天发表在“ 美国国家科学院院刊”上

在生物学中,有许多例子表明光线会引起运动或变化 - 想象花朵和树叶会转向阳光。本研究中产生的光致动材料基于居里温度的原理 - 高于某些材料将改变其的温度通过加热和冷却磁性材料,可以关闭和打开其磁性。掺杂铁磁性CrO2的生物聚合物和弹性体在暴露于激光或阳光下时会升温,暂时失去其磁性,直到它们再次冷却。形成薄膜,海绵和水凝胶的材料的基本运动由附近的永久磁铁或电磁铁引起,并且可以表现为弯曲,扭曲和膨胀。

“我们可以将这些简单的动作组合成更复杂的动作,如爬行,行走或游泳,”该研究的通讯作者和工程学院的Frank C. Doble工程教授Fiorenzo Omenetto博士说。塔夫茨。“这些动作可以通过光线无线触发和控制。”

Omenetto的团队通过构建软夹具来展示这些复杂的运动,这些夹具捕捉和释放物体以响应光照。“这些材料的优势之一是我们可以选择性地激活结构的某些部分并使用局部或聚焦光来控制它们,”该论文的第一作者孟力说,“与基于液晶的其他光驱动材料不同这些材料可以设计成朝向或远离光线方向移动。所有这些特征使得能够通过复杂,协调的运动制造大大小小的物体。“

为了证明这种多功能性,研究人员构建了一个简单的“居里引擎”。将光致动薄膜成形为环并安装在针柱上。放置在永磁体附近,当激光聚焦在环上的固定点上时,它会局部消磁环的那一部分,产生不平衡的净力,导致环转动。当它转动时,去磁点恢复其磁化并且新点被照亮和消磁,导致发动机连续旋转。

用于制造光致动包括聚二甲基硅氧烷(PDMS),其是广泛使用的透明弹性体,通常成形为柔性薄膜;和丝纤蛋白,其是一种通用的生物相容性材料,具有优异的光学性质,可以成形为广泛的形式 - 从胶片到凝胶,线,块和海绵。

“通过额外的材料图案,图案和磁场控制,我们理论上可以实现更复杂和微调的运动,例如折叠和展开,微流体阀切换,微型和纳米级发动机等,”Omenetto说。


更多信息: Meng Li等,用于光控驱动和界面的柔性磁性复合材料,美国国家科学院院刊(2018)。 DOI:10.1073 / pnas.1805832115

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