量子受限超流体（QSF）概念已被提出用于超快质量传递，主要与纳米有限空间中流体的有序流动有关。虽然含QSF通道的氧化石墨烯薄膜已经表面作为软机器人和执行器的智能材料出现，但QSF纳米通道已被修改以调节氧化石墨烯的变形。
研究：Reconfigurable, Reversible, and Redefinable Deformation of GO Based on Quantum-Confined-Superfluidics Effect。图片来源：Ambelrip/Shutterstock.com
发表在《Nano Letters》上的一篇文章介绍了一种在水分驱动下可调节、可重新定义和可逆的氧化石墨烯变形方法，方法是通过湿气支持的应变诱导起皱（MSW）修饰QSF纳米通道。
在MSW处理后，标准氧化石墨烯薄膜的形状固定率为84%，在环境温度下湿气致动下的形状恢复率为83%。用氧化石墨烯制造机器人是可以想象的，因为它的变形，灵活的成型能力和自我修复特性。
此外，作为概念验证，已经展示了可以爬行，旋转，切换电路和自动翻筋斗的软机器人和无源电子设备。因此，未来的软机器人可能会从氧化石墨烯独特的形状和变形能力中受益匪浅。
氧化石墨烯基智能材料
智能材料的创新用途包括软机器人、生物医学设备、航空工程以及控制变形以响应外部刺激（如热、湿气、磁场和化学品）的能力。
具有溶胀、扭曲和收缩特性的水凝胶和偶氮苯衍生物作为本质智能材料被广泛研究。然而，由于各向同性形状的变化或重新配置，它们的机器人适用性受到限制。
智能材料可以与其他惰性材料混合，以创建刺激敏感的双层致动器，可以更好地控制变形。因此，两种材料界面处的刺激引起的应变不匹配导致可预测的变形，并使调节驱动成为可能。
氧化石墨烯是一种有用且有前途的材料，可用于电子，光学，化学，储能和生物学中基于石墨烯的应用。最近，氧化石墨烯已成为金属，聚合物，金属氧化物，生物材料和碳等双层致动器的柔性智能材料。
以前的研究已经描述了使用选择性飞秒激光还原基于石墨烯/氧化石墨烯双层纤维的湿敏致动器的制造。随后，开发了氧化石墨烯薄膜的自调节光还原，以在典型的方向上产生光还原梯度，用于水分驱动，从而构建具有更大面积的氧化石墨烯致动器。
此外，弯曲的方向可以通过设计微图案来调节。氧化石墨烯薄膜的自控光还原可以沿水分驱动方向诱导光还原梯度。
虽然之前的一项研究验证了堆叠氧化石墨烯中的快速水传递，但另一项研究提到了QSF，它指的是受约束的二维（2D）纳米通道中水的超快流动。
基于量子约束超流体效应的氧化石墨烯变形
在本研究中，通过MSW效应证明了氧化石墨烯的QSF纳米通道的灵活定制，从而在湿气驱动下实现了可逆，可重构和可重新定义的变形。
基于QSF的氧化石墨烯致动器比集成惰性材料的湿响应型氧化石墨烯表现出更快的响应。此外，基于QSF的氧化石墨烯致动器可以有效防止层间粘附的不稳定性。
在高湿度条件下实现氧化石墨烯薄膜的机械变形有助于对纳米皱纹的方向进行编程，由于应变和氧化石墨烯纳米片的重新组装不匹配，导致QSF纳米通道的形成。
因此，驱动内部定向的QSF通道使氧化石墨烯薄膜能够临时成形成所需的几何形状。然而，尽管形状如此，氧化石墨烯薄膜由于水通过QSF通道的快速传递而在湿气驱动下变平，从而导致膨胀效应。
氧化石墨烯薄膜由于其任意可定义的变形能力，可以用于机器人技术。在这里，通过设计和制造三个概念验证的软机器人，证明了氧化石墨烯致动器在机器人技术中的潜力，包括可以在15秒内爬行约1厘米的爬行机器人，可以在56秒内旋转210度的旋转机器人，以及可以在20秒内完成翻筋斗的翻筋斗机器人。
结论
综上所述，氧化石墨烯纳米片的MSW效应导致QSF纳米通道的调制，促进了在水分驱动下柔性、可重定义和可逆的氧化石墨烯变形。
通过实验和理论研究的变形机理归因于QSF纳米通道的可逆变形能力和水的解吸/吸附.氧化石墨烯薄膜可以通过四步过程（水合，固定，脱水和释放）定义为任何临时形状，并在水分驱动下恢复到其原始形状。
由于氧化石墨烯的柔性成型和变形能力，使用纯氧化石墨烯作为智能材料制造了湿敏机器人。此外，被动式、机电设备和软机器人已被开发为概念验证，表明了氧化石墨烯器件的潜力。
参考
Ma, J. N., Zhang, Y. L., Han, D. D., & Sun, H. B. (2022).
Reconfigurable, Reversible, and Redefinable Deformation of GO Based on Quantum-Confined-Superfluidics Effect.
Nano Letters.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c02212
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