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可控變形新材料：通過光和溫度刺激可轉(zhuǎn)換為復(fù)雜的預(yù)編程形狀

文章來源：未知更新時(shí)間：2018-08-29 14:51:30

據(jù)報(bào)道，發(fā)表在Science Advances雜志上的可控變形材料可以廣泛應(yīng)用于制造、機(jī)器人、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備和人造肌肉。

“通過將它們暴露在光線下，能夠形成能夠在兩個(gè)獨(dú)立形狀之間來回反復(fù)振蕩的材料的能力，將為增材制造、機(jī)器人和生物材料等領(lǐng)域開辟一種廣泛的新應(yīng)用和方法，”克里斯托弗鮑曼說，他是這項(xiàng)新研究的資深作者和博爾德分校化學(xué)與生物工程系（CHBE）的杰出教授。

先前的努力已經(jīng)使用各種物理機(jī)制來利用可編程刺激來改變實(shí)驗(yàn)對象的大小、形狀或紋理。然而，這些在已經(jīng)實(shí)驗(yàn)過的材料在尺寸或程度上受到限制，并且已證明物體狀態(tài)變化難以完全逆轉(zhuǎn)。

博爾德分校制備的新材料通過使用液晶彈性體（LCEs）實(shí)現(xiàn)了在宏觀層面上的可編程的雙向轉(zhuǎn)換，這是現(xiàn)代電視顯示器使用的相同技術(shù)。LCEs獨(dú)特的分子排列使它們易受熱和光的動態(tài)變化的影響。

為了解決這個(gè)問題，研究人員為LCE網(wǎng)絡(luò)安裝了一個(gè)光激活觸發(fā)器，可以通過將物體暴露在特定波長的光線下來預(yù)先設(shè)定所需的分子排列。這期間觸發(fā)器保持不活動狀態(tài)直到暴露于相應(yīng)的熱刺激。例如，一個(gè)手工折疊的折紙?zhí)禊Z以這種方式進(jìn)行編程，將在室溫下保持折疊。然而，當(dāng)加熱到200華氏度時(shí)，天鵝就松弛成一張扁平的薄片。然后當(dāng)它冷卻回室溫時(shí)，它將逐漸恢復(fù)其預(yù)先編程的天鵝形狀。

改變的能力和改變后恢復(fù)的能力為這種新材料提供了廣泛的可能應(yīng)用，特別是對于未來的生物醫(yī)學(xué)設(shè)備，它們可能比以往任何時(shí)候都更加靈活和適應(yīng)能力。

“我們認(rèn)為這是改變物體屬性的優(yōu)雅基礎(chǔ)系統(tǒng)，”這項(xiàng)新研究的第一作者、CHBE的博士后研究員馬修麥克布賴德說。“我們計(jì)劃繼續(xù)優(yōu)化和探索這項(xiàng)技術(shù)的可能性。”

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