浏览次数:35635
发布时间:2023-05-06 19:49:43
编辑:物公基
智能响应性器件能够自主改动其形态构象以响应各种外部刺激,例如pH、温场、磁场、电场等,在仿生学、药物保送、组织工程、人造肌肉、纳米马达、以及微/纳米传感和驱动等新兴范畴具有宏大的应用潜力。在各品种型的外部刺激响应中,光控响应由于其自然的物理属性而具有许多共同的优势,例如远程和准确驱动才能、多维光场调控才能(如波长、频率、强度、偏振态、以及能量的时空散布等),是完成各类智能器件应用的不可或缺的方式之一。但是,迄今为止,具有低光场驱动阈值、快速响应才能以及用户可自定义且准确可调的三维转换才能的人造光控智能微纳响应性器件依然难以完成。
图1.单步飞秒激光微纳4D打印方法示意图
图2.“刚柔并济”微纳结构的设计和打印实现,以及在光刺激下的结构变形能力
图3.光控智能响应性微纳器件
最近,华中科技大学武汉光电国度研讨中心熊伟教授率领的微纳极端制造团队提出了一种新型光固化智能资料体系和单步飞秒激光4D打印战略,用于可编程光控智能响应性器件的纳米增材制造,完成了准确的光驱动三维构造变形才能。该4D打印战略主要依赖于两项停顿,包括单臂碳纳米管(SWNT)掺杂N-异丙基丙烯酰胺复合智能水凝胶资料的开发,以及各项异性机械超资料单元的构造设计和一体化组装。单壁碳纳米管的平均掺杂同时增加了复合水凝胶交联网络的光吸收系数、热导率和机械模量,有效处理了智能水凝胶的机械模量和响应灵活度之间的矛盾。此外,设计并组装由超资料单元构造组成的智能响应性器件,完成了高效率单步飞秒激光4D打印直写(FsLDW)成形。该单步单参数的飞秒激光直写办法不只具有恣意复杂三维构造成形才能和出色的外形保真度,而且还可以完成具有大动态范围、准确可调的三维构造变形功用(图1)。该飞秒激光4D打印战略为开发先进的微纳智能响应性器件,及其在生物医学、仿生构造和软机器人中的应用开拓了道路。研讨团队开发并考证了由不同晶胞单元组装而成的微纳构造在光刺激下的各向异性驱动特性。经过巴基球构造和实心立方体构造的实验比照可发现,具有特定空间构造的巴基球产生了400 nm至2.4 µm的可变层间距,同时基于飞秒激光直写过程中的临近效应,巴基球单元产生了刚性外框而内部弱交联凝胶填充的“刚柔并济”的异质构造,这不只表现出比实心立方体愈加优良的外形保真度,同时,巴基球构造在光刺激下还表现出愈加显著的收缩行为(图2)。基于该飞秒激光微纳4D打印战略,研讨团队制造出了各种光控智能响应性微纳器件,例如智能微柱纤毛、微型心脏瓣膜和微型爪夹持器等(图3)。