【儀表網 研發快訊】近日，合肥工業大學材料科學與工程胡穎研究員團隊受葉片結構和變色行為啟發，通過磁場輔助取向方法構建了類似葉脈的條紋結構，開發了一種基于Nafion-結晶紫-MXene@Fe?O?(NCMF)復合材料的條紋結構濕度驅動器，實現了濕度刺激下協同的形狀變形與顏色變化。該研究成果以“Leaf-Inspired Programmable and Color-Changing Moisture-Responsive Actuator for Bionic Soft Robotics”為題發表在《Advanced Functional Materials》上。
自然界中，植物葉片在環境濕度變化下會表現出卷曲、皺縮等自適應運動，同時伴隨顏色改變，這為智能軟體驅動器的設計提供了寶貴靈感。然而，如何在驅動器上同時實現高驅動性能、可編程變形和顏色變化反饋功能，仍是當前研究的難點。
受植物葉片中葉脈結構對彎曲方向的調控作用以及葉片的顏色轉變機制啟發，研究團隊設計了一種具有條紋結構的NCMF復合薄膜驅動器。其中，Nafion作為親水離子聚合物提供優異的水分子吸收能力；結晶紫作為pH指示劑，與Nafion結合可以實現不同濕度刺激下的可逆顏色變化；MXene@Fe?O?復合顆粒則兼具親水性和磁響應性。通過將混合溶液轉移到預設磁鐵陣列上，MXene@Fe?O?顆粒在磁場誘導下會自發聚集并形成條紋圖案，該圖案可通過調整磁鐵排布方式實現靈活定制。該制備方法簡單、可擴展，為可編程驅動器的設計提供了新途徑。
由于獨特的材料及結構設計，該驅動器表現出可編程變形、大彎曲角度(288°)、快速響應(205.7°/s)、高負載能力和可逆的顏色變化。基于該驅動器，研究團隊還展示了包括仿生夾具、舉重機器人、自振蕩器件、爬行機器人、智能口罩、仿生手、仿生植物等多種場景的應用。該研究為設計兼具可編程形變與變色的高性能濕敏驅動器提供了新思路，有望推動下一代智能仿生軟體機器人的發展。
上述研究工作得到了國家自然科學基金、安徽省自然科學基金和中央高校基礎科研基金等項目的大力支持。合肥工業大學博士生李林為論文第一作者，胡穎研究員為通訊作者。該工作也被湖南廣播電視臺《新聞大求真》欄目進行了專訪報道。
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