Nature Materials：會“跳舞”的薄膜

能源短缺一直是各個國家都十分關注的話題，一個國家經濟發展的水平總是和其能源狀況息息相關。解決能源短缺有兩個途徑，一是發展新能源的應用，二是增大已開發能源的使用效率。隨著時代的發展，開發新能源的思路也不僅僅局限在開發日常中可見能源，而是將我們日常生活中一些微小能量轉化為可利用能量，比如說一些可穿戴設備可以將人運動時產生的震動轉化為電能。

日前，RIKEN 應急物質科學中心、東京大學的Takuzo Aida教授（通訊作者）和RIKEN 應急物質科學中心的Daigo Miyajima教授（通訊作者）等人設計了一種可以根據空氣濕度或是光照情況變化自啟動的致動器，當外界濕度變化或者光照情況改變時，這種具有碳氮共軛結構的薄膜就會隨之變化形態，好似一位熱愛舞蹈的舞者。這種薄膜的響應速度非常迅速并且其彎折角在彎折10000次后仍不衰減。此種設計有望在一系列領域獲得應用。

【圖文詳解】

1. 材料的合成過程以及表征

圖1 ?碳氮化合物薄膜的結構以及結構表征：（a）碳氮化合物的合成過程以及基本重復單元（b）碳氮化合物的合成示意圖,即在玻璃基底上通過沉積的方法得到碳氮化合物，后通過在熱水中浸泡的方式得到薄膜。（c，d，e）合成碳氮化合物的照片以及SEM表征

2. 在不同濕度條件下材料的狀態

（a）分別為不同濕度條件下薄膜的狀態，在27攝氏度條件下，隨著環境濕度的減小，薄膜的彎折角度增大 ?；（b）在不同溫度下，薄膜的狀態。左圖在鍍金石英基底上有無碳氮化合物薄膜時的質量變化，右圖分別為相同濕度下20攝氏度以及40攝氏度下薄膜的形態變化，高溫下由于氫鍵被破壞，薄膜易于變形。

3. 在紫外光條件下材料的狀態

（a）為紫外光照條件下薄膜的形態，當在紫外光照條件下，由于光引發化合物薄膜中鍵的變化，薄膜形態改變；（b）彎折10000次后，薄膜的彎折角度大小無衰減；（c）有無紫外光條件下，薄膜形態可以快速恢復。

4. 一定濕度條件下薄膜的致動機制

（a）為紫外光照條件下薄膜的形態，當在紫外光照條件下，由于光引發化合物薄膜中鍵的變化，薄膜形態改變；（b）薄膜在一定濕度條件下自致動機制。（c，d）薄膜的XPS以及入射廣角X衍射表征。說明薄膜沉積在玻璃基底上。

5.在一定濕度條件下部分修飾薄膜的啟動機制


（a）薄膜表面修飾金示意圖；（b）在一定濕度條件下，薄膜表面修飾區域無自致動現象。

一句話總結：

此類碳氮共軛聚合物結構在不同濕度以及光照情況下可快速變化從而對外界刺激產生響應，此類材料的優點在于其致動的能量很小，在未來，此類自致動器將越來越向低能量啟動方向發展。

該成果近期發表在Nature Materials上。論文鏈接：An autonomous actuator driven by fluctuations in ambient humidity（Nature Materials，2016，DOI:10.1038/nmat4693）

該文獻解讀由材料人新聞組Som0909投稿，材料牛編輯整理。

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