福建師范大學Nanoscale：基于氧化石墨烯復合材料的多刺激響應仿生致動器

【引言】

近年來，研究者們發展了多種致動器，它們能夠被電、熱、光或濕度等外界刺激所驅動而產生形變。然而目前所報道的大部分致動器都只能被單一的刺激所驅動，而且形變量較小。所以有必要發展一種新型致動器，一方面使其能夠通過簡單、快速的方法制備；另一方面，使其不僅能夠對多種不同的外界刺激做出反應，而且能夠展現更大的形變。

【成果簡介】

7月28日，Nanoscale在線發表題為“Multi-responsive actuators based on a graphene oxide composite: intelligent robot and bioinspired applications”的內封面研究論文。通訊作者為福建師范大學物理與能源學院的陳魯倬副教授和張薇博士。研究報道了一種基于氧化石墨烯和高分子聚合物復合材料的致動器，能夠對外界多種刺激做出響應。該致動器可在外界濕度變化下，產生明顯的形變，彎曲曲率達到3.1 cm^-1。濕度驅動的機制為氧化石墨烯薄膜的干縮濕脹效應。同時，該致動器也能在近紅外光（NIR）刺激下產生明顯的彎曲形變，彎曲曲率達到2.8 cm^-1。光驅動的機制一是氧化石墨烯的干縮濕脹效應，二是氧化石墨烯薄膜和高分子聚合物之間巨大的熱膨脹系數的差異所致。最后，制備出一款智能機器人和螺旋型機械臂，證明該致動器能夠廣泛應用于人工肌肉，生物仿生等領域。

【圖文導讀】

圖1. Nanoscale 2017年第28期本文內封面

圖2. 基于氧化石墨烯/高分子聚合物（GO/BOPP）致動器的智能機器人

（a）組成智能機器人的一只“腳”的結構圖示；

（b）智能機器人的結構圖示；

（c-d）智能機器人在高濕度下保護物體；

（e-f）智能機器人在紅外光照射下打開并頂起物體。

圖3. 基于GO/BOPP致動器的螺旋型機械臂

（a）螺旋型致動器在高濕度（左圖），初始狀態（中圖）以及近紅外光照射下（右圖）的光學照片；

（b）螺旋型致動器在高濕度和近紅外光照射兩種情況下的重復性測試；

（c）螺旋型機械臂夾取并移動物體的光學照片。

文獻鏈接：Chen L. et al. Multi-responsive actuators based on a graphene oxide composite: intelligent robot and bioinspired applications, Nanoscale 2017, 9, 9825.

本文由福建師范大學物理與能源學院投稿，材料人生物組Meadow整理編輯。

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