合工大胡穎/哈工大彭慶宇 AFM：能在低光強下工作的多角度向光自振蕩器
2024-10-29 來源：高分子科技
當前大多數柔性智能驅動器在受到外部能量刺激時只能實現單向變形，并在達到最大變形量后保持形變。為了實現多次可重復的驅動行為，通常需要對驅動器施加周期性的能量刺激，但這無疑會增加操作系統的復雜性。
近年來，研究人員致力于開發能夠在持續刺激下實現連續和自主運動的柔性智能驅動器。最典型的例子是基于光驅動變形引發的自陰影效應的光響應自振蕩器，其可以在恒定光照射下實現自持續的振蕩行為。然而，當前的光響應自振蕩器依然存在一些問題有待進一步解決。首先是缺乏多向可控性。目前大多數光響應自振蕩器通常只能在適當入射角的光照射下產生自持續振蕩行為。當光源的入射角太小或太大時，驅動器無法在系統中建立穩定的負反饋回路，只能實現簡單的驅動變形。其次，工作光強較大。為了充分利用自然界中豐富的太陽能資源，拓展光響應自振蕩器的未來應用場景，有必要開發能夠在一個太陽能級（100 mW/cm2）甚至更低光強下工作的自振蕩器。
為了解決上述問題，合肥工業大學胡穎、常龍飛團隊聯合哈爾濱工業大學彭慶宇教授團隊開發了一種基于Ti3C2Tx MXene、鍍銅聚酰亞胺（PI-Cu）、以及聚乙烯（PE）的多層復合膜柔性驅動器，該驅動器可以在空氣中工作，并在恒定的光照下產生自持續振蕩行為。更重要的是，即使光源的入射角發生變化，該驅動器也可以自主跟蹤入射光并產生向光自振蕩運動。該驅動器可以在各種光源下實現自持續向光振蕩行為，包括近紅外激光、紅色激光、綠色激光、白色LED光以及模擬太陽光，其最小工作光強低至50 mW/cm2。通過調節刺激強度，可以進一步調節驅動器的振幅和頻率。該研究以題為“MXene-Based Soft Actuators With Phototropic Self-Sustained Oscillation for Versatile Applications in Micro Robotics”的論文發表在最新一期的《Advanced Functional Materials》上。哈爾濱工業大學助理研究員徐亮亮，合肥工業大學碩士研究生徐英奇為論文的共同第一作者。
圖1 MXene/PI-Cu/PE多層復合膜驅動器的光響應自持續振蕩行為及振蕩機制
圖2 復合膜驅動器在白色LED光照下的向光自振蕩行為
圖3 基于該復合膜驅動器的智能應用
基于該多層復合膜驅動器的向光自持續振蕩行為，展示了其在信號發射器、光驅動帆船、光-機械電機以及具有仿生運動的軟機器人等領域的廣泛應用前景。與以往的工作相比，基于該復合膜驅動器的智能應用可以在較低的光照強度下實現。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202414338
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（責任編輯：xu）
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