执行器对周围环境变化十分敏感，可以通过快速、可逆、可控的形状变化将外部刺激转换为可视化形变，在可穿戴器件，电子皮肤和微型机器人等领域已经显示出巨大的应用潜力。鉴于氧化石墨烯能够实现水分子的快速吸附和超快传输，近年来，研究人员不断利用氧化石墨烯作为活性材料层，耦合另一种水分子惰性材料层制备湿度响应执行器。在湿度刺激下，水分子的选择性吸附将在双层材料界面产生应力失配，导致薄膜整体发生形变。然而，在大多数情况下，这种双层执行器在频繁变形过程中，存在层间粘附性不足，给其实际应用带来巨大障碍。
近日，吉林大学韩冬冬博士、张永来教授，清华大学孙洪波教授团队受到自然生物量子限域流体效应启发，通过制备具有单侧周期条纹结构的氧化石墨烯膜，引入各向异性的量子限域流体通道，实现在不耦合其他材料的情况下制备湿度响应氧化石墨烯膜。该氧化石墨烯膜在湿度环境刺激下，具有响应时间短、形变量大和形变可控等特点，可用于仿生机器人的设计制备，如：湿度刺激爬行的蜈蚣（图1）和捕捉瓢虫的仿生树叶（图2）。
图1. 湿度刺激爬行的氧化石墨烯蜈蚣
图2. 湿度刺激捕捉瓢虫的氧化石墨烯树叶
该文发表在Advanced Materials 上，第一作者为张永来教授。
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Quantum‐Confined‐Superfluidics‐Enabled Moisture Actuation Based on Unilaterally Structured Graphene Oxide Papers
Yong‐Lai Zhang, Yu‐Qing Liu, Dong‐Dong Han, Jia‐Nan Ma, Dan Wang, Xian‐Bin Li, Hong‐Bo Sun
Adv. Mater., 2019, 31, 1901585, DOI: 10.1002/adma.201901585
导师介绍
孙洪波
https://www.x-mol.com/university/faculty/60750
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