这款复合薄膜通过别出心裁的材料选择与阵列化通道设计,薄膜在丙酮的蒸汽氛围中,会“不知疲倦”翩然起舞,并可以将薄膜卷曲成各种可控复杂结构。这是因为溶剂分子在薄膜中实现了差异化溶胀,进而驱动薄膜发生复杂形变运动。更为重要的是,该智能薄膜在经过溶剂氛围数天的反复刺激,却仍然保持着优异的机械性能。
薄膜可通过不同的结构设计,实现定向运动,由此,可以用于监控空气中的丙酮浓度。这种智能薄膜还可以用于驱动其他材料、器件运动,更重要的是,这种“不知疲倦”的薄膜赋予了智能高分子材料全新的运动特性。这种让惰性高分子“不知疲倦”地运动起来,媲美自然界中复杂的运动方式,将大大推动聚合物材料在传感器、人工肌肉、柔体机器人等领域的重要应用。
普通聚合薄膜往往想拥有快速响应、“不知疲倦”的运动特性,就需要牺牲材料的机械性能,比如牺牲材料的杨氏模量(描述固体材料抵抗形变能力的物理量)、耐磨性、抗腐蚀等机械性能。这类普通聚合物薄膜现在已经可以广泛应用于医疗、电子及日常生活等方方面面。
而张利东和杜学敏团队研制的仿生智能薄膜受刺激后,一旦撤除刺激源,薄膜可以迅速恢复其原来的机械性能,因此可达到“不知疲倦”的运动特性。另外,利用这种“不知疲倦”特性的薄膜设计成为柔性传感器,可以长期多次循环使用,大大节省了材料成本。

未来,课题组一方面可将此薄膜设计成仅对丙酮分子刺激敏感的传感器,用于化工企业中实时监测环境中丙酮浓度,以及时预防丙酮对人的伤害。另一方面,可以把这种薄膜结合能量采集、人工肌肉、柔体机器人等领域的实际需求,个性化设计适用于不同领域的具体产品。以能量采集来举例,这种薄膜可以持久运动,如果利用持久运动特性来发电,可极大拓展相关技术在自发电穿戴式、植入式电子器件方面的应用,而穿戴式、植入式行业拥有超千亿元市场规模