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【光明日報】仿生毛毛蟲結構自爬行驅動裝置
日期:2015-05-22 | | 【

  

  

  中科院蘭州化學物理研究所的周峰研究員及其合作者利用仿生毛毛蟲結構,通過在具有褶皺結構的聚二甲基矽氧烷(PDMS)表面接枝響應性的聚電解質刷,實現了具有各向異性、瞬間響應性等性能的驅動器裝置。

  大自然中的生物組織或者器官都具備將物理、化學信號轉換爲肢體運動的功能,例如,在自然環境發生變化的時候將神經信號轉化爲肢體運動。響應性的聚合物最爲廣泛地被用來制備各種驅動裝置,聚合物刷因其特殊的表面物理化學性質,被廣泛地用在各種響應性裝置中,聚合物刷通過化學鍵錨固在表面上,且在表面高度取向,在環境發生變化時可以發生可逆的形貌變化。

  具有濕度響應性的聚合物引起了研究者們的廣泛興趣,因爲水是自然界中的生物生存、繁衍的重要資源,更容易得到實際應用。但是仍存在著一些問題,如:由于水分子在驅動裝置中的擴散速率較慢,使得驅動速率也較慢,尤其是體積大的驅動裝置,驅動速率會更慢,同時在彎曲變化的過程中伴隨著大的體積變化,這顯然不利于制備精密裝置。同時,在大多數情況下,基底形貌對驅動行爲有重要的影響,然而研究較少。

  周峰研究小組在PDMS彈性體薄膜表面,通過表面引發原子轉移、自由基聚合接枝和具有濕度響應性的聚電解質刷來模擬毛毛蟲的運動。由于聚合物刷在基底表面比其他聚合物材料具有更高的結構歸整度,有利于水分子在驅動裝置中的擴散,提高了驅動的速率。聚合物鏈在濕度變化時發生可逆的溶脹、收縮,該裝置響應性非常快,同時褶皺的取向決定著卷曲的方向。通過控制褶皺,可以制備複雜的三維結構,如螺旋、梯度彎曲等。褶皺運動還可以模擬一些生物的取向運動,例如毛毛蟲的爬行,通過身體皮膚的擴張收縮來改變其表面褶皺的形狀和運動。

  《光明日报》( 2015年05月22日 10版)