記者4月20日從天津大學(xué)獲悉，該校封偉教授團隊受自然界向日葵向光特性啟發(fā)，成功開發(fā)了一種能“追光”的智能新材料——基于MXene增強液晶彈性體的仿生向日葵管狀液晶驅(qū)動器。相關(guān)成果已發(fā)表于國際期刊《先進(jìn)功能材料》。

自然界中，大部分植物都會向光生長。作為向光性植物的典型代表，向日葵不僅可以感知陽光的方向并隨之響應(yīng)，而且可以自發(fā)不斷地緊緊追蹤陽光運動，表現(xiàn)出了一種自我調(diào)節(jié)的生物智能。近年來，如何設(shè)計和開發(fā)仿生向日葵的向光性智能材料成為世界各國材料科學(xué)家競相關(guān)注的焦點。

“自然界是人類各種技術(shù)思想、工程原理及重大發(fā)明的源泉。向日葵獨特的向光性為我們開發(fā)新型仿生智能材料與技術(shù)提供了豐富的靈感。”據(jù)封偉介紹，液晶彈性體是一類優(yōu)異的智能高分子材料，兼具聚合物彈性和液晶各向異性，同時具有多刺激響應(yīng)性、類似肌肉的機械性能、可逆驅(qū)動變形以及形狀可編程等性能。

封偉帶領(lǐng)研發(fā)團隊設(shè)計并制備了一種可光聚合的二維MXene納米單體，通過原位光聚合到主鏈型交聯(lián)液晶彈性體中，極大增強了材料的機械性能并賦予其優(yōu)異的光驅(qū)動能力。這種新材料能夠像植物莖一樣向光照射的方向彎曲，還具備在三維空間內(nèi)所有角度快速感知、連續(xù)跟蹤和自適應(yīng)地與入射光相互作用的能力，實現(xiàn)了類似向光性植物的自適應(yīng)光源精準(zhǔn)追蹤。

“作為概念驗證演示，我們用這種新材料制備了一個‘仿生向日葵’，它能夠?qū)崟r迅速追蹤不斷變化的非聚集光源。”封偉說，“這項研究不僅為開發(fā)兼具感知、自反饋和執(zhí)行功能的軟物質(zhì)智能材料提供了新思路，還有望為高分子智能材料在自適應(yīng)光電子學(xué)、智能軟機器人等領(lǐng)域的應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。”

(受訪者供圖)

關(guān)鍵詞： 智能材料 機械性能 國際期刊 各向異性 應(yīng)用研究