Advanced Materials:基于激光诱导石墨烯的柔性电热驱动器在三维自组装和人机交互等领域的应用

三维结构材料在微电子、光电子、微机电系统、生物医学等领域都有着广泛的应用。制备三维结构的方法主要包括3D打印、模板生长、流体自组装、力学引导的屈曲组装等。其中,力学引导的屈曲组装,由于其方法简单、高效、与半导体加工技术兼容性好等优点,引起了广泛关注。其加工方法一般以二维的前驱结构开始,通过控制基底材料的形变引导二维材料的面外屈曲,进而形成复杂的三维构型。然而在可响应超材料、软体机器人、可调控光电器件等新兴领域,需要具有可控形变能力的三维结构,这是目前制约三维结构材料用于更广阔领域的瓶颈。

美国密苏里大学-哥伦比亚分校闫政教授和清华大学张一慧教授团队合作报道了一种基于激光诱导石墨烯的柔性驱动器。通过电热驱动, 可以简单、精准的控制柔性驱动器的形变, 从而形成三维结构。基于有限元分析模拟, 作者成功制备了二十多个复杂的三维结构。其中包括可以在三个不同几何构型中可逆切换的三维结构。此外作者通过在较高温度下制备柔性驱动器,从而有目的的引入热应力,成功制备了可以在室温下保持三维形状而无需任何驱动的三维结构。作者还展示了人与柔性驱动器互动 (包括可响应超材料及机器人医生), 人造肌肉 (可以举起约110倍自身重量的物体)以及仿生青蛙舌头(可以捕捉昆虫)等领域的应用。论文在线发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201908475)。密苏里大学凌云和清华大学庞文博是该文共同第一作者。