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来自:查字典教育新闻网 2015-11-13浏览:加载中...

高校研制出智能可穿戴材料1

A图:一只石墨烯纸制作的人工手在光源明灭中抓取了小物件。B图:一个石墨烯制作的微机器人在小管中用14秒受控爬行了几厘米。(资料)

一张纸,浸上水,会胀开;晒干了,会缩水——若这一过程在几秒之间“快进”完成,那么纸巾就收放自如。记者昨天从东华大学纤维材料改性国家重点实验室获悉,“诺奖材料”石墨烯薄片在光热刺激下,竟像毛毛虫一样自主行走与转向,而用同样材料制成的小手可以抓取物体。

相关论文“基于折纸技术的石墨烯自折叠驱动装置”日前发表于《科学》杂志子刊,《自然》《科学》网站同时在首页进行报道。哈佛大学、康奈尔大学同行对这种智能可穿戴材料新成果给予高度评价,其应用前景包括变形衣、外骨骼、微机器人等。

变形灵感来源于折纸艺术

石墨烯折纸变形的灵感来源于中国古老的折纸艺术。东华大学材料学院先进功能材料研究团队王宏志、侯成义、穆九柯等介绍,他们利用简便的抽滤方法,将氧化石墨烯、PDA-氧化石墨烯的纳米片组装成只有微米厚度的“石墨烯纸”,在温度或光源的控制下,通过纳米层之间的水分子吸附与脱附,这张石墨烯纸就能在3秒之内,迅速折叠成预设的形状,如此反复就按一定方向贴地爬行。

王宏志表示,这类轻质并且具有柔性的二维材料,对微弱的环境变化也非常敏感,由此可以“编辑”其形态,受控产生形态改变,这使得它们存在多种应用可能性。如在服装领域,可用于“变形衣”设计制作,实现服装在腕部、肘部等特定部位的收缩及展开;在军事领域,可以帮助解决士兵“外骨骼系统”机械部件自重过重的问题。此外,在微机器人、太阳能电池板等领域的应用前景也值得期待。

智能折纸受国外同行关注

“石墨烯智能折纸”研究还受到美国、英国、德国、印度、巴西、新加坡等十多家海外学术媒体关注,包括电气电子工程师学会(IEEE)、美国化学学会(ACS)、英国皇家化学学会(RSC)在内的诸多国际主流科技组织也相继报道了研究工作。

来自哈佛大学Wyss研究所的物理学家L·西尔弗伯格表示:“这项工作有两点令人印象非常深刻,一是大多数自折叠材料需要几分钟到几个小时来实现折叠,而现在每件事只需要几秒钟;二是大多数材料在折叠时都是一个连续过程,而现在的材料只能够选择性地折叠与展开。”

L·西尔弗伯格认为,这种自折叠能力打开了一个完整的材料折纸世界,从智能弹簧到振翅机器,再到石墨烯。

“从折纸艺术获得灵感对材料进行设计,是当前非常热门的领域。”美国康奈尔大学物理学家I·科恩在《自然》报道中评述说,这项工作对设计单原子层面的折叠非常重要,如果研究者成功达到这个目的,他们将能用制造二维材料时已有的基础和经验,获得多种能够弹起变成三维材料的二维材料。

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