中科院蘇州納米所在石墨烯光驅動器及其應用研究中取得進展
2015-12-25 來源：中國聚合物網
光驅動器件可以把光能直接轉化為機械形變，而無需通過齒輪等機械傳送裝置的轉換，具有遠程的、無接觸、無損傷、易操控等特點，尤其是太陽光中幾乎具有無窮無盡的光能，因此，光驅動器件在實際應用中具有巨大的前景，同時也吸引了眾多研究工作者的興趣。光驅動器件研究的關鍵之一，是發展在光照下具有能量轉化特性的材料。碳納米管、石墨烯等納米材料因其獨特的結構、優異的光學、力學等特性，在光驅動的研究領域得到了廣泛的使用和發展。
最近，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員陳韋課題組在基于石墨烯的高性能光驅動器件的研究方面取得了新的進展。他們將碳納米管與石墨烯復合，充分發揮石墨烯的二維平面結構提高界面接觸性能，以及碳納米管的良好力學與導熱能力，并且刻意地引入了界面熱應力，從而獲得了卷曲的石墨烯-碳納米管/聚合物的雙層膜結構（圖1）。該復合薄膜具有優異的可逆光驅動性能，在光照射下可在數秒的時間內從卷曲的形狀展開成平直的形狀，當光照撤出后，可快速恢復到其最初的卷曲形狀，從而具有類形狀記憶特性。
在該光驅動薄膜的基礎上，他們發展了一系列光驅動器件，包括光控智能窗簾（圖2a）。在無光照時呈完全卷曲狀態，而當外界有強太陽光入射時，即能自動展開覆蓋窗戶遮擋入射光；利用該卷曲結構作為鉸鏈的光控智能盒子。在光照下，該盒子可以自動打開，將內部的物體暴露在光照下，而當光照消失后，光控盒子則自動地關閉（圖2b-c）；進一步將這種卷曲的薄膜首尾相連形成一個閉合的圓圈，從而發展出一種特殊的光驅動機器人。在光照下，該機器人可以模擬坦克的運動形式，包括快速移動、翻越障礙以及爬臺階（圖3）。以上這些原型器件揭示了該卷曲的石墨烯光驅動薄膜在仿生機器人、智能家居、太陽能板、太陽帆等實際應用中的發展前景。相關論文近日發表于《先進材料》上（Advanced Materials, 2015, 27, 7867）。
最近，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員陳韋課題組在基于石墨烯的高性能光驅動器件的研究方面取得了新的進展。他們將碳納米管與石墨烯復合，充分發揮石墨烯的二維平面結構提高界面接觸性能，以及碳納米管的良好力學與導熱能力，并且刻意地引入了界面熱應力，從而獲得了卷曲的石墨烯-碳納米管/聚合物的雙層膜結構（圖1）。該復合薄膜具有優異的可逆光驅動性能，在光照射下可在數秒的時間內從卷曲的形狀展開成平直的形狀，當光照撤出后，可快速恢復到其最初的卷曲形狀，從而具有類形狀記憶特性。
在該光驅動薄膜的基礎上，他們發展了一系列光驅動器件，包括光控智能窗簾（圖2a）。在無光照時呈完全卷曲狀態，而當外界有強太陽光入射時，即能自動展開覆蓋窗戶遮擋入射光；利用該卷曲結構作為鉸鏈的光控智能盒子。在光照下，該盒子可以自動打開，將內部的物體暴露在光照下，而當光照消失后，光控盒子則自動地關閉（圖2b-c）；進一步將這種卷曲的薄膜首尾相連形成一個閉合的圓圈，從而發展出一種特殊的光驅動機器人。在光照下，該機器人可以模擬坦克的運動形式，包括快速移動、翻越障礙以及爬臺階（圖3）。以上這些原型器件揭示了該卷曲的石墨烯光驅動薄膜在仿生機器人、智能家居、太陽能板、太陽帆等實際應用中的發展前景。相關論文近日發表于《先進材料》上（Advanced Materials, 2015, 27, 7867）。
該工作得到國家自然科學基金、科技部港澳臺合作專項的資助、江蘇省杰出青年自然科學基金、江蘇省自然科學基金以及中科院對外合作重點項目的資助。
圖1、卷曲的石墨烯雙層光驅動薄膜
圖2、（a）光控智能窗簾，（b-c）光控智能盒子
圖3、基于石墨烯復合智能薄膜的光驅動機器人
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（責任編輯：xu）
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