吉林大學張永來教授團隊:激光直寫製備超疏水光熱致動器及馬拉高尼效應驅動

高分子科學前沿高分子科學前沿2017-09-13 23:37:32

自驅動機械憑藉著廣泛的潛在應用,而受到了大量關注。許多種類的外界能量可以驅動智能致動器,比如自然界的光,溼氣,熱量等能量。在我們日常生活中的這些能量中,光能以其自身的環保,無害,安全並且可以無接觸,遠程操控等優點獨佔鰲頭。以光能作為中間媒介的操作方式也有很多種,比如光學捕獲,光致異構化,光熱效應,光電轉換等。當物體在水面上進行運動時,光熱效應引發的表面張力的改變(馬拉高尼效應)被認為是一種有效的驅動方式。但是對於如何更好更簡便的使光熱轉換材料和致動器進行結合,同時儘可能得減少水面阻力仍然是一個難以解決的問題。

近日,吉林大學集成光電子學國家重點聯合實驗室張永來教授團隊成功創造了一種極其簡單的一步激光加工方式,只利用激光直寫技術在聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄塊上有效的製備出具有超疏水錶面並且可以進行光控驅動的智能致動器。較好的解決了將光熱轉換材料和致動器基底結合起來的複雜步驟的難題,同時實現表面超疏水,可謂是一舉兩得。

該類型致動器可以根據意願設計成各種不同形狀,以達到各種不同的目的。一般光驅動致動器均要求驅動光源的光強大,聚焦能力好,比如激光等光源。而這種經過簡單的一步激光直寫方法制備的光驅動致動器不僅可以在激光照射下,還可以在匯聚太陽光照射下,甚至在白熾燈的大範圍普照下進行運動。這種類型的光驅動致動器正是利用了光熱轉換從而進一步引起水界面表面張力的改變,再通過設計的非對稱結構設計實現了對於致動器的運動方向的控制,比如線性運動和旋轉運動。

▲ 超疏水漂浮齒輪的製備和工作過程示意圖

▲ 超疏水光驅動漂浮致動器的旋轉運動。

▲ 上圖為在白熾燈大範圍的照射下,具有不對稱葉片的齒輪裝置的主動旋轉,下圖為與經激光處理的齒輪裝置進行咬合的未處理的齒輪的被動旋轉。

張永來教授表示該團隊的這項工作提供了一種簡單有效的可用於製備高速移動的漂浮器械和可以用低功率光源進行光驅動致動器的方法

該研究報告近日發表於《先進功能材料》雜誌,碩士研究生王偉為第一作者。


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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201702946/full

來源:高分子科學前沿

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