发布日期：2024-12-19 13:03 点击次数：119
频年来，仿生光子软致动器因其在鬈曲经由中的刺激变色而备受热心。光子软致动器的激情来自于名义微纳结构（如光子晶体）对入射光的衍射、反射或干与。光子软致动器不错及时感知环境要求，依靠结构色准确直不雅地反应软致动器的细小变化。这类光子软致动器每每具备双层或梯度结构玩偶姐姐 麻豆，驱能源来自于水凝胶对外部刺激响应而变成的溶胀差，产天真态和可逆的形势变化。在靶向转运、东谈主工向光性、药物筛选和交互传感等鸿沟推崇着进军作用。然则，制备快速响应、较大鬈曲曲率和全彩色清晰的软致动器仍然靠近挑战。
鉴于此，风雅化工国度要点推行室王人勇博士后在张淑芬素养团队从事光子晶体谈判，与工程力学系郑勇刚素养互助，受宽尾蜂鸟羽毛的角度依赖结构色和荷叶正反面不同润湿性的启发，提议了一种浸润性调控的新式驱动机制，通过疏水液体单向渗入触发Janus薄膜的分歧称溶胀，竣事定向鬈曲。所制备的Janus薄膜由超疏水的铜微纳阵列和弱亲水的3D反卵白石组成。由于疏水液体在薄膜名义的渗入与扩散之间的竞争，借助于拉普拉斯压力，疏水液体不错从亲水层穿过通谈到达超疏水层，但在相悖方朝上受阻。超疏水层的吸油溶胀导致Janus薄膜的定向鬈曲，与此同期，亲水层名义的反卵白石清晰角度关连的变化的结构色，竣事驱动经由中鬈曲能源学和应力散布的自我敷陈。
图1.a)宽尾蜂鸟羽毛的结构色、荷叶正反面的浸润性及Janus膜的结构表露图; b)由水下油滴单向渗入触发的Janus膜的定向鬈曲表露图。
如图2所示，当光子软致动器的亲水层朝上时，关于通谈处的油滴，泵压（FP）和重力（G）共同克服润湿阻力（FW）和浮力（FB），油滴不错穿过Janus膜。一朝连通亲水层和超疏水层，立即产生拉普拉斯压差（PL），变成“拉普拉斯通谈”。由于通谈被油膜笼罩，润湿阻力消灭，拉普拉斯压差促进了油滴的快速通过，油滴在超疏水层赶紧扩散。由于超疏水层的吸油溶胀，Janus膜由超疏水层向亲水层鬈曲。当光子软致动器的超疏水层朝上时，油滴在名义的扩散效应巨大于渗入效应，无法克服FW和FB，弗成穿透通谈，弗成变成“拉普拉斯通谈”。相似，超疏水层的吸油溶胀导致Janus膜向亲水层鬈曲。
图2.油滴在薄膜名义的受力分析表露图， (a)亲水层朝上， (c)超疏水层朝上;油滴体积和孔洞直径对渗入的影响， (b)亲水层朝上， (d)超疏水层朝上;典型的(e， f)渗入和(g， h)扩散经由；(i)油水界面穿透通谈后在疏水的铜微纳阵列名义上的铺展经由。
在线看伦理片视频1.水下油滴的单向渗入（可通过，亲水层朝上）
视频2.水下油滴的单向渗入（谢绝通过，超疏水层朝上）
如图3a所示，通过光学显微镜不雅察了超疏水层名义铜微纳阵列的溶胀经由，溶胀后，铜阵列间距昭彰增大。Janus膜正反面的分歧称溶胀最终促使软致动器鬈曲。鬈曲前，亲水层名义的反卵白石可在光源所在产生角度依赖的逆反射光（图3b），运行入射角和不雅察角辞别为~60°和~50°时，亲水层清晰绿色。鬈曲经由中，由于不同弧度处的入射角和不雅察角及时变化，对应反卵白石的逆反射发生变化，通盘这个词曲面清晰不同的结构色。通过有限元模拟分析了超疏水层的顶部和底部的内应力散布变化。顶部内应力散布密度从角落向通盘这个词平面升沉，而底部内应力散布密度从Janus膜的长边向四面升沉，与不雅察到的结构色的变化经由相似。哄骗结构色不错揭示Janus膜鬈曲经由中的关连能源学经由，并可视化分析内应力的变化和升沉。
图3.(a)光子软致动器的超疏水层溶胀前后铜微纳阵列的显微图片; (b) Janus膜典型的鬈曲经由和相应的结构色; (c)有限元模拟超疏水层顶部与底部的Mises应力散布和传递；(d) Janus膜鬈曲与归附经由中曲率的变化；(e)图b中Janus膜鬈曲经由中点1和2对应的衍射光谱；(f)图b中Janus膜鬈曲经由中点3对应的最大衍射波长；(g)图c中关连点的应力强度比值随时辰的变化。
视频3.水下油滴的单向渗入触发的定向鬈曲（Janus光子软致动器）
视频4.水下油滴的单向渗入触发的定向鬈曲（快速响应的Janus光子软致动器）
四肢该驱动机制的蔓延，进一步制作了快速响应的Janus光子软致动器。这项责任为油液在水介质中的定向运输和分离提供了一种灵验的政策，为下一代软致动器/传感器的制备提供了灵感。同期，该谈判为微智能材料狡计中的参数拓荒提供了启示和步调，在靶向转运、东谈主工向光性、药物筛选和交互传感等鸿沟具有潜在的应用远景。关连效用近日发表在Materials Horizons上，DOI：10.1039/D1MH01693H。论文的通信作家为大连理工大学张淑芬素养，第一作家为化工学院博士后王人勇。
原文逢迎：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/mh/d1mh01693h