華中科大：飛秒激光4D打印光控智能響應性器件

智能響應性器件能夠自主改動(dòng)其形態(tài)構象以響應各類(lèi)外部刺激，例如pH、溫場(chǎng)、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等，在仿生學(xué)、藥物輸送、組織工程、人造肌肉、納米馬達、以及微/納米傳感和驅動(dòng)等新興范疇具有龐大的應用潛力。在各類(lèi)類(lèi)型的外部刺激響應中，光控響應因為其天然的物理屬性而具有許多奇特的優(yōu)勢，例如長(cháng)途和切確驅動(dòng)才能、多維光場(chǎng)調控才能（如波長(cháng)、頻次、強度、偏振態(tài)、以及能量的時(shí)空散布等），是實(shí)現各類(lèi)智能器件應用的不成或缺的體例之一。然而，迄今為行，具有低光場(chǎng)驅動(dòng)閾值、快速響應才能以及用戶(hù)可自定義且切確可調的三維轉換才能的人造光控智能微納響應性器件仍然難以實(shí)現。

比來(lái)，華中科技大學(xué)武漢光電國度研究中心熊偉傳授率領(lǐng)的微納極端造造團隊提出了一種新型光固化智能質(zhì)料系統和單步飛秒激光4D打印戰略，用于可編程光控智能響應性器件的納米增材造造，實(shí)現了切確的光驅動(dòng)三維構造變形才能。該4D打印戰略次要依賴(lài)于兩項停頓，包羅單臂碳納米管（SWNT）摻雜N-異丙基丙烯酰胺復合智能水凝膠質(zhì)料的開(kāi)發(fā)，以及各項異性機械超質(zhì)料單位的構造設想和一體化組拆。單壁碳納米管的平均摻雜同時(shí)增加了復合水凝膠交聯(lián)收集的光吸收系數、熱導率和機械模量，有效處理了智能水凝膠的機械模量和響應靈敏度之間的矛盾。此外，設想并組拆由超質(zhì)料單位構造構成的智能響應性器件，實(shí)現了高效率單步飛秒激光4D打印曲寫(xiě)（FsLDW）成形。該單步單參數的飛秒激光曲寫(xiě)辦法不只具有肆意復雜三維構造成形才能和超卓的外形保實(shí)度，并且還可以實(shí)現具有大動(dòng)態(tài)范疇、切確可調的三維構造變形功用（圖1）。該飛秒激光4D打印戰略為開(kāi)發(fā)先輩的微納智能響應性器件，及其在生物醫學(xué)、仿生構造和軟機器人中的應用開(kāi)拓了道路。

圖1.單步飛秒激光微納4D打印辦法示企圖

研究團隊開(kāi)發(fā)并驗證了由差別晶胞單位組拆而成的微納構造在光刺激下的各向異性驅動(dòng)特征。通過(guò)巴基球構造和實(shí)心立方體構造的嘗試比照可發(fā)現，具有特定空間構造的巴基球產(chǎn)生了400 nm至2.4 μm的可變層間距，同時(shí)基于飛秒激光曲寫(xiě)過(guò)程中的臨近效應，巴基球單位產(chǎn)生了剛性外框而內部弱交聯(lián)凝膠填充的“剛柔并濟”的異量構造，那不只表示出比實(shí)心立方體愈加優(yōu)良的外形保實(shí)度，同時(shí)，巴基球構造在光刺激下還表示出愈加顯著(zhù)的收縮行為（圖2）。

圖2.“剛柔并濟”微納構造的設想和打印實(shí)現，以及在光刺激下的構造變形才能

基于該飛秒激光微納4D打印戰略，研究團隊造造出了各類(lèi)光控智能響應性微納器件，例如智能微柱纖毛、微型心臟瓣膜和微型爪夾持器等（圖*）。此外，熊偉團隊還勝利打印出了尺寸僅為80×120×*0 μm*的光驅動(dòng)仿生心臟，并展現了其在光刺激下的快速外形轉換才能和優(yōu)良的時(shí)空可控性。

圖*.光控智能響應性微納器件

該研究功效已于近期頒發(fā)在期刊 Advanced Functional Materials，武漢光電國度研究中心博士生鄧春三、劉耘呈為論文配合第一做者，熊偉傳授為該論文通信做者，研究單元為華中科技大學(xué)和湖北光谷嘗試室。該研究工做得到了國度重點(diǎn)研發(fā)方案、國度天然科學(xué)基金、光谷嘗試室立異研究項目和武漢-曙光常識立異方案的幫助。

來(lái)源：華中科技大學(xué)

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