記者從合肥工業(yè)大學獲悉，該校吳玉程教授團隊與國內合作者合作，設計制備了基于非對稱層狀微觀結構MXene薄膜的柔性光驅動器，該驅動器能感知自然太陽光強度的波動變化，產生相應的機械變形響應。研究人員借助穩(wěn)態(tài)強磁場大科學實驗裝置(SHMFF)，對這一器件中的MXene柔性薄膜材料進行了研究，揭示并闡明了該光驅動器的原理。研究成果日前在線發(fā)表在《ACS納米》上。
自然界中許多動植物已經進化出感應外部環(huán)境中的自然能源的變化、并產生相應機械運動的能力。例如，由于太陽輻射引起的莖兩側的不對稱伸長，向日葵可以追蹤太陽的運動;果蠅能夠感知并向光源方向飛行，產生趨光運動。通過模擬具有環(huán)境刺激響應特性的生物體，發(fā)展能夠利用自然環(huán)境中的能源來產生自主運動而無需人工能源和人工控制的柔性驅動器和智能微型機器人。這些研究在工業(yè)、環(huán)境檢測等方面具有重要的應用潛力。
為了揭示和闡明該柔性薄膜的光驅動器原理，研究人員借助SHMFF變溫XRD設備對該器件中的柔性光驅動薄膜材料的微觀結構進行了研究。研究發(fā)現，該薄膜上表面和下表面的衍射峰分別在5.9°和6.3°，表明該薄膜上下層的層間結構具有不對稱性。實驗發(fā)現，薄膜上下層都可以吸附水分子，但是上層吸附的水分子更多，其層間距更大。研究表明，上下層的層間距都隨著溫度的升高而減小，這是由于溫度的升高會導致插層中的水分子發(fā)生解吸附作用，但是上下層的解吸附作用的強度是不同的。當溫度從25℃升高到100℃，上層的層間距從14.9埃減少到13.2埃，而下層層間距從14.1埃減少到13.0埃。上層的層間距變化比下層的大，并且上層在溫度升高后所產生的變形比下層大。
這些實驗結果表明了上層具有更好的親水性從而可以吸收更多的水分子。上下表面的層間距的不同造成上下表面對光照的機械響應不同，導致了薄膜在光照下曲率變化不同，從而造成光作用下的快速彎曲變形。(記者 吳長鋒)
關鍵詞： 柔性光驅動器
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