“不知疲倦”的仿生智能薄膜

近日，中国科学院深圳先进技术研究院医工所仿生智能材料课题组副研究员杜学敏（第二通讯作者单位）与华东师范大学研究员张利东（第一通讯作者单位）合作，设计出了一种“不知疲倦”、快速响应的聚合物智能薄膜。这一成果日前发表在《先进材料》（Advanced Materials）上 (DOI: 10.1002/adma.201702231)。 

论文链接：

http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/adma.201702231/abstract

通常，聚合薄膜要拥有快速响应、“不知疲倦”的运动特性，就需要牺牲材料的机械性能。这款新的复合薄膜通过别出心裁的材料选择与阵列化通道设计，薄膜在丙酮的蒸汽氛围中，会“不知疲倦”翩然起舞，并可以将薄膜卷曲成各种可控复杂结构。这是由于溶剂分子在薄膜中实现了差异化溶胀，进而驱动薄膜发生复杂形变运动。更为重要的是，该智能薄膜经过溶剂氛围数天的反复刺激，仍然保持着优异的机械性能。

　　

该薄膜可通过不同的结构设计实现定向运动，因此，可以用于监控空气中的丙酮浓度。此外，还可以用于驱动其他材料、器件运动，更重要的是，这种“不知疲倦”的薄膜赋予了智能高分子材料全新的运动特性。让惰性高分子“不知疲倦”地运动起来，媲美自然界中复杂的运动方式，将大大推动聚合物材料在传感器、人工肌肉、柔体机器人等领域的重要应用。该研究得到国家自然科学基金、广东省创新团队、深圳市孔雀团队等的项目支持。 

智能薄膜定向卷曲，模拟花朵运动及在溶剂氛围中的持久运动（由上至下）

聚偏氟乙烯/聚乙烯醇双层膜的仿生形变。花瓣形状的双层膜吸收丙酮分子产生像萝卜花一样的形变运动。利用此种仿生运动设计的薄膜传感器，可以长时间连续监测环境中丙酮浓度。当环境中丙酮浓度过高时，传感器自发形变接通电路，电灯亮。当丙酮浓度逐渐降低时，传感器恢复到原来形状断开电路，电灯灭，从而利用电灯的变化来告知环境中丙酮蒸汽浓度的高低。