Adv. Mater. 中科院蘇州納米所-光致動器實現從納米部件組裝到宏觀形變

【引言】

最近十年以來，可以將光能轉化為機械能的光致動器引起了科學界濃厚的興趣，由于光驅動器的相對于傳統致動器而言，其遠程控制和應用范圍廣等特點，使得人們對光致動器進行了廣泛的研究。但是到目前為止大多數關于光驅動器研究都偏向于基于光化學效應的致動器，對于基于光熱反應的光致動器，科學家們依然知之甚少。

【成果簡介】

中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所的陳韋研究員（通訊作者）等人通過對基于光化學效應的和光熱效應的光致動器的最新的研究結果的總結，對納米級別上的光致效應到宏觀移動的變化機制進行了深入研究。

可以預見的是在對光致動器的組裝方法的充分理解的基礎之上，通過不同的組裝方法，人們可以設計和制造不同的光致驅動器來滿足各種需求。這將極大的拓展光致動器在仿生機器人，生物醫療領域，以及電機開關等領域的應用。

【圖文導讀】

圖1 光致動器的設計方法

左圖：展示了兩種光致動器即光化學執行器和光熱執行器，以及其所需的有機分子（偶氮苯，希夫堿，蒽）和無機納米結構（CNTs，石墨烯，貴金屬）

中圖：展示了兩種光致動器的原理，即光化學反應和光熱反應。光化學反應反應劇烈（偶氮苯和希夫堿的光構異化反應，9-蒽光二聚反應等），光熱反應通過微納結構（例如通過石墨烯的非輻射豫弛將光能轉=為熱能）將吸收的光能轉化為熱能

右圖：展示了光致動器的宏觀表現：遠程控制，波長選擇性，極化選擇性

圖2 光化學反應致動器的在不同環境下宏觀變化

圖a 圖中展示了紅光控制的光致動器原理圖，該執行器的上層轉化層是含有CLCP （交聯液晶聚合物）的偶氮甲苯薄膜，在波長為635nm的激光照射下，該復合薄膜會向著光源方向彎曲

圖b 圖中展示了熱壓聚合物薄膜的光化學反應

圖c 圖中展示了復合薄膜的可逆光致反應的宏觀表現，通過引入可以發生光化學反應的HNNA納米棒，在UV光的照射下，HNNA納米棒在聚合物中的分布具有方向性，并且成呈梯度分布

圖3 光熱光致動器的組裝

圖a 圖中展示了含有不用排列方向碳納管的復合條薄膜，利用其向光性和背光性的彎曲來對不同的入射光進行響應

圖b 圖中展示了含有HiPCO納米管的PC/AWNT雙層壓電光致動器，以及其光致驅動的原理和過程

圖c 圖中石墨烯塊狀材料的光推進主要是由于光致彈出電子發射。在相同功率，不同波長的光照下，相同樣品經過相同時間其垂直的光推進高度不同

文獻鏈接：Photoactuators for Direct Optical-to-Mechanical Energy Conversion: From Nanocomponent Assembly to Macroscopic Deformation (Adv. Mater. , 2016, DOI: 10.1002/adma.201602685)

通訊作者簡介：

陳韋，中科院蘇州納米所研究員，博士生導師。1993年安徽大學化學系本科；1996年中國科學技術大學國家同步輻射實驗室碩士；2001年中國科學院固體物理研究所博士；2001－2003年中國科學技術大學博士后；2003－2006年香港理工大學博士后。主要研究方向：儲能與轉換納米材料與器件，主要包括在仿生傳感驅動、太陽能轉換、電化學儲能等能源信息領域。先后在Nature Communications、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano、Nano Lett.等國際學術期刊上發表論文80余篇，共被引用3500余次。研究成果得到國際同行高度關注，被Nature Asia、Science、Nanowerk等國際媒體期刊報道引用，應邀擔任Nature出版社Scientific Reports編委、國際智能系統協會顧問委員等學術兼職。先后主持國家自然科學基金、科技部港澳臺合作專項、科技部973（骨干）、江蘇省科技支撐、中科院戰略性新興產業專項等各類科技研發和產業化項目20余項。獲江蘇省杰青、江蘇省有突出貢獻中青年專家、蘇州工業園區第三屆科教領軍。

本文由材料人電子電工學術組徐瑞供稿，材料牛整理編輯。

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