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塔夫茨大学：科学家研发出随光线移动的新材料

文章来源：未知更新时间：2018-07-25 17:05:42

据悉，塔夫茨大学工程学院的研究人员研发出磁性弹性复合材料，当暴露在光的情况下以不同的方式移动，进而提高了这些材料使各种产品从简单运动到复杂运动的可能性。小到微型发动机和阀门，大到太阳能电池板等都能弯曲向阳。

该研究在美国国家科学院院刊（“用于光控驱动和界面的柔性磁性复合材料”）上发表的一篇文章中有所描述。

当曝光时，薄膜会从磁场中偏转（图片来源：SilkLab，塔夫茨大学）

在生物学中，有许多例子表明光线会引起运动或变化——像花朵和树叶会转向阳光。本研究中产生的光致动材料基于居里温度的原理——即某些材料将改变其磁性的温度。通过加热和冷却磁性材料，可以关闭和打开其磁性。

掺杂有铁磁性CrO2的生物聚合物和弹性体在暴露于激光或阳光下时会升温，暂时失去其磁性，直到它们再次冷却后才有磁性。形成薄膜，海绵和水凝胶等这些材料的基本运动由附近的永久磁铁或电磁铁引起，并且可以表现为弯曲，扭曲和膨胀。

“我们可以将这些简单的动作组合成更复杂的动作，如爬行、行走或游泳，”该研究的通讯作者，塔夫茨工程学院Frank C. Doble教授——FiorenzoOmenetto说，“这些动作可以通过光线无线触发和控制。”

Omenetto的团队通过构建软夹具来展示这些复杂的运动，这些夹具能够捕捉和释放物体以响应光照。

“这些材料的优势之一是我们可以选择性地激活结构的某些部分并使用局部或聚焦光来控制它们，”该论文的第一作者Meng Li说，“与基于液晶的其他光驱动材料不同的是这些材料可以设计成朝向或远离光线方向移动。所有这些特征使得能够通过复杂，协调的运动制造大大小小的物体。

为了证明这种多功能性，研究人员构建了一个简单的“居里引擎”。将光致动薄膜成形为环并安装在针柱上。放置在永磁体附近，当激光聚焦在环上的固定点上时，它会局部消磁环的那一部分，产生不平衡的净力，导致环转动。当它转动时，去磁点恢复其磁化并且新点被照亮和消磁，导致发动机连续旋转。

用于制造光致动材料的材料包括聚二甲基硅氧烷（PDMS），其是广泛使用的透明弹性体，通常成形为柔性薄膜;蚕丝蛋白，其是一种通用的生物相容性材料，具有优异的光学性质，可以成形为广泛的形式——从薄膜到凝胶，线，块和海绵状。

“通过额外的材料图案，光图案和磁场控制，我们理论上可以实现更复杂和微调的运动，例如折叠和展开，微流体阀切换，微型和纳米级发动机等，”Omenetto说。

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