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甯波材料所在二維非對稱超薄膜構建及其仿生應用方面取得進展
日期:2019-04-28, 查看:147 字體大小:

         二维非对称(Janus)薄膜材料因其独特的物理/化学性质,在柔性传感、能源存储与转换、仿生驱动器等领域具有巨大的应用价值,近年来受到了越来越广泛的关注和研究。为实现二维Janus薄膜材料在特定领域的应用,功能单元的选择、界面集成和功能协同极为关键。

  碳納米材料(碳納米管、石墨烯等)因其優越的物理、化學以及電學性能,被認爲是一種理想的導電、導熱功能單元材料。而高分子材料則具有碳材料所不具備的可拉伸性、化學功能性、刺激響應性等性質。因此如何將二者進行有效的界面結合,並實現其功能協同性應用具有重要意義。

  爲此,中國科學院甯波材料技術與工程研究所陳濤研究員團隊開展了一系列工作。爲實現碳納米材料的可控、高效組裝,科研人員發展了一種水-空界面毛細力誘導擠壓的方法,構建了大面積、可任意轉移的碳納米管薄膜(Chem. Mater., 2016, 28, 7125)。進一步研究人員發現,所獲得碳納米管薄膜在經過後續的可控陳化組裝後,可在水-空界面實現非對稱的親疏水性(Chem. Commun., 2018, 54, 12804)。這種具有非對稱親疏水性的碳納米管薄膜可作爲一種重要的活性功能平台進行後續的界面非對稱複合,實現柔性可拉伸的傳感器件(Adv. Mater. Interfaces 2016, 3, 1600170; J. Mater. Chem. C, 2018, 6, 6666)。

  基于上述研究,最近,研究人員以水-空界面陳化組裝所得到的碳納米管進行原位的聚二甲基矽氧烷彈性體的非對稱界面可控集成,獲得了超薄、可拉伸、自粘附、自適性的Janus導電複合薄膜。通過調控導電單元和彈性單元的相對組成,可有效實現厚度、粘附性、導電性的有效調控。所得到的Janus超薄膜可沿著皮膚紋路緊密貼附,其可作爲表皮電子器件,實現對人體肢體運動、生理脈搏信號的實時高靈敏檢測。還可作爲自粘附的非支撐器件,對外界的非接觸性信號,如氣流抖動、微弱氣壓變化、空氣振動等實現高效探測。此外,所制備的Janus超薄膜具有良好的氣動驅動的性質,可在微小的氣壓下實現可控驅動行爲。基于這些優異的性質,研究人員構建了一種仿青蛙鳴囊的自傳感驅動器,能在氣動驅動下進行可控的驅動,驅動的過程中對碳管的拉伸會轉化爲電信號進行輸出,在智能仿生皮膚領域具有潛在應用價值(ACS Nano, 2019, DOI:10.1021/acsnano.8b09600)。

  以上工作得到了國家自然科學基金(51573203)、中科院前沿科學重點研究項目(QYZDB-SSW-SLH036)、中科院國際合作重點項目(174433KYSB20170061)的資助。

图1 非对称界面复合构筑超薄膜Janus超薄膜

  (高分子事业部 肖鹏)

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