惊叹!石墨烯智能折纸可以自己走路、自动取物

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研究人员首先通过合成吸收了周边环境水分的石墨烯和聚合物制造出氧化石墨烯纸。在被充分浸湿后,纸张平铺在地上。然而当被红外线照射后,水分的蒸发炸开使得纸张收缩并折叠起来。研究人员开关红外线使纸张反复折叠和压平,让其实现“行走”。

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相关论文“基于折纸技术的石墨烯自折叠驱动装置”日前发表于《科学》杂志子刊,《自然》《科学》网站同时在首页进行报道。哈佛大学、康奈尔大学同行对这种智能可穿戴材料新成果给予高度评价,其应用前景包括变形衣、外骨骼、微机器人等。

变形灵感来源于折纸艺术

石墨烯折纸变形的灵感来源于中国古老的折纸艺术。东华大学材料学院先进功能材料研究团队王宏志、侯成义、穆九柯等介绍,他们利用简便的抽滤方法,将氧化石墨烯、PDA-氧化石墨烯的纳米片组装成只有微米厚度的“石墨烯纸”,在温度或光源的控制下,通过纳米层之间的水分子吸附与脱附,这张石墨烯纸就能在3秒之内,迅速折叠成预设的形状,如此反复就按一定方向贴地爬行。

王宏志表示,这类轻质并且具有柔性的二维材料,对微弱的环境变化也非常敏感,由此可以“编辑”其形态,受控产生形态改变,这使得它们存在多种应用可能性。如在服装领域,可用于“变形衣”设计制作,实现服装在腕部、肘部等特定部位的收缩及展开;在军事领域,可以帮助解决士兵“外骨骼系统”机械部件自重过重的问题。此外,在微机器人、太阳能电池板等领域的应用前景也值得期待。

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智能折纸受国外同行关注

“石墨烯智能折纸”研究还受到美国、英国、德国、印度、巴西、新加坡等十多家海外学术媒体关注,包括电气电子工程师学会(IEEE)、美国化学学会(ACS)、英国皇家化学学会(RSC)在内的诸多国际主流科技组织也相继报道了研究工作。

来自哈佛大学Wyss研究所的物理学家L·西尔弗伯格表示:“这项工作有两点令人印象非常深刻,一是大多数自折叠材料需要几分钟到几个小时来实现折叠,而现在每件事只需要几秒钟;二是大多数材料在折叠时都是一个连续过程,而现在的材料只能够选择性地折叠与展开。”

L·西尔弗伯格认为,这种自折叠能力打开了一个完整的材料折纸世界,从智能弹簧到振翅机器,再到石墨烯。

“从折纸艺术获得灵感对材料进行设计,是当前非常热门的领域。”美国康奈尔大学物理学家I·科恩在《自然》报道中评述说,这项工作对设计单原子层面的折叠非常重要,如果研究者成功达到这个目的,他们将能用制造二维材料时已有的基础和经验,获得多种能够弹起变成三维材料的二维材料。

 

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