【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程胡穎研究員團隊受葉片結(jié)構(gòu)和變色行為啟發(fā)，通過磁場輔助取向方法構(gòu)建了類似葉脈的條紋結(jié)構(gòu)，開發(fā)了一種基于Nafion-結(jié)晶紫-MXene@Fe?O?(NCMF)復(fù)合材料的條紋結(jié)構(gòu)濕度驅(qū)動器，實現(xiàn)了濕度刺激下協(xié)同的形狀變形與顏色變化。該研究成果以“Leaf-Inspired Programmable and Color-Changing Moisture-Responsive Actuator for Bionic Soft Robotics”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。
 

　　自然界中，植物葉片在環(huán)境濕度變化下會表現(xiàn)出卷曲、皺縮等自適應(yīng)運動，同時伴隨顏色改變，這為智能軟體驅(qū)動器的設(shè)計提供了寶貴靈感。然而，如何在驅(qū)動器上同時實現(xiàn)高驅(qū)動性能、可編程變形和顏色變化反饋功能，仍是當(dāng)前研究的難點。
 

　　受植物葉片中葉脈結(jié)構(gòu)對彎曲方向的調(diào)控作用以及葉片的顏色轉(zhuǎn)變機制啟發(fā)，研究團隊設(shè)計了一種具有條紋結(jié)構(gòu)的NCMF復(fù)合薄膜驅(qū)動器。其中，Nafion作為親水離子聚合物提供優(yōu)異的水分子吸收能力；結(jié)晶紫作為pH指示劑，與Nafion結(jié)合可以實現(xiàn)不同濕度刺激下的可逆顏色變化；MXene@Fe?O?復(fù)合顆粒則兼具親水性和磁響應(yīng)性。通過將混合溶液轉(zhuǎn)移到預(yù)設(shè)磁鐵陣列上，MXene@Fe?O?顆粒在磁場誘導(dǎo)下會自發(fā)聚集并形成條紋圖案，該圖案可通過調(diào)整磁鐵排布方式實現(xiàn)靈活定制。該制備方法簡單、可擴展，為可編程驅(qū)動器的設(shè)計提供了新途徑。
 

　　由于獨特的材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計，該驅(qū)動器表現(xiàn)出可編程變形、大彎曲角度(288°)、快速響應(yīng)(205.7°/s)、高負載能力和可逆的顏色變化?；谠擈?qū)動器，研究團隊還展示了包括仿生夾具、舉重機器人、自振蕩器件、爬行機器人、智能口罩、仿生手、仿生植物等多種場景的應(yīng)用。該研究為設(shè)計兼具可編程形變與變色的高性能濕敏驅(qū)動器提供了新思路，有望推動下一代智能仿生軟體機器人的發(fā)展。
 

　　上述研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、安徽省自然科學(xué)基金和中央高?；A(chǔ)科研基金等項目的大力支持。合肥工業(yè)大學(xué)博士生李林為論文第一作者，胡穎研究員為通訊作者。該工作也被湖南廣播電視臺《新聞大求真》欄目進行了專訪報道。