科学家开创基于石墨烯的执行器组，实现自主可编程变形
2020-04-04 08:56:37 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
据麦姆斯咨询报道，由中国科学院主管的《国家科学评论》发表的一篇新论文中，吉林大学和清华大学的科学家提出了一种可自行还原的石墨烯执行器组，该执行器组通过将SU-8图形阵列与GO集成，实现可编程的3D变形。
（a）利用紫外线（UV）光刻技术在SU-8和GO双层薄膜上实现图形制作。（b）带图形的SU-8 / GO色带纸模型及其在湿度刺激下产生的可预测变形。
能将各种环境刺激因素转换为机械工作的执行器显示了其用于智能器件开发的巨大潜力，如软体机器人、微机电系统（MEMS）和芯片实验室（lab-on-a-chip）系统。通常，为了设计和制作对外界刺激灵敏的执行器，会采用双层结构。过去十年，科学家们一直致力于开发新型智能材料以实现执行器更快、更大程度的变形。迄今为止，各种刺激响应材料或结构已被成功开发并用于bimorph（双层结构）执行器。
近年来，石墨烯和氧化石墨烯（Graphene Oxide, GO）因具备一系列优异的物理和化学特性，已成为用于设计执行器的新型智能材料，各种基于石墨烯的bimorph执行器都成功问世。然而，这些执行器只能进行弯曲这类简单的变形，对变形的精细控制则关注较少。尽管此前已有研究文献报道了bimorph执行器的弯曲方向可由图形约束层控制，但由于各向异性的机械阻力，使其变形受到被动限制。当前，开发能够自主可编程变形的bimorph执行器仍是一项极具挑战的任务。
据麦姆斯咨询报道，由中国科学院主管的《国家科学评论》发表的一篇新论文中，吉林大学和清华大学的科学家提出了一种可自行还原的石墨烯执行器组，该执行器组通过将SU-8图形阵列与GO集成，实现可编程的3D变形。与以往的研究成果不同的是，这种执行器组可以在湿度刺激下实现自主可编程变形。SU-8图形阵列可以制作成任何结构，其中单个SU-8图形被视为惰性层，结合底部的GO层，每个SU-8图形都可以形成独立的bimorph执行器，并在刺激下自主变形。
基于上述原理，可以将这些SU-8与GO集成的双层阵列视为执行器组（执行器1、执行器2直到执行器n）。在外部刺激下，每个执行器都可以独立变形，整个结构的变形是执行器组的集体耦合与协调。因此，通过控制SU-8图形阵列的尺寸、形状和方向，可以对更复杂的变形进行编程。这项工作展示了一种编程双层执行器变形的新方法，扩展了现有bimorph执行器在各种智能设备中的应用。
不同图形的SU-8与GO的双层阵列实现的复杂变形
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