蘭州化物所3D打印紙基光熱可逆驅(qū)動器件研究取得進展

驅(qū)動器是一種能夠在外界信號源刺激下產(chǎn)生位移響應(yīng)或提供力學(xué)輸出的器件，這種器件將電、熱、光等其他形式的能量按照既定程序轉(zhuǎn)化為機械能。近年來，柔性紙基驅(qū)動器因其質(zhì)輕、成本低、可彎折等特點備受關(guān)注，但因紙基材料耐水性、耐溶劑性和耐熱性較差，如何在紙質(zhì)基底上制備結(jié)構(gòu)化驅(qū)動器件成為制約其發(fā)展的瓶頸問題之一。

日前，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所材料表面界面課題組采用3D打印實現(xiàn)了紙基光熱驅(qū)動器件的快速制備。研究人員通過在聚乳酸（PLA）中加入具有優(yōu)異光熱效應(yīng)的多壁碳納米管（MWCNTs）發(fā)展了MWCNTs-PLA復(fù)合線材，然后采用熔融沉積（FDM）增材制造工藝在普通辦公用紙上打印制備了紙基雙層結(jié)構(gòu)驅(qū)動器件，并深入研究了驅(qū)動器雙層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，功能層復(fù)合材料的打印層厚度和打印層結(jié)構(gòu)設(shè)計對驅(qū)動器致動效果的影響，以及影響近紅外（NIR）光致機械響應(yīng)行為的因素等。利用3D打印技術(shù)自由設(shè)計和制造的優(yōu)勢，基于仿生學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計原理，研究并模擬演示了仿生花瓣致動器在NIR激光控制下花開花合的可逆過程。

3D打印紙基雙層制動器示意圖及其仿生花形制動器開合過程

該工作近期發(fā)表在J. Mater. Chem. C (2018, 6, 2123-2131)上。不久前，課題組還報道了采用增材制造先進技術(shù)進行磁性驅(qū)動器件的免裝配制造的工作（Adv. Mater. Interfaces, 2017,4, 1700629）。3D打印柔性光、磁等驅(qū)動器件構(gòu)筑方面的工作，為研究和應(yīng)用智能機械、機器人等，實現(xiàn)其彎曲、變形與貨物運送等功能提供了新的構(gòu)筑方法和解決方案。上述工作得到了國家自然科學(xué)基金（51775538，51573199）、甘肅省科技計劃（17JR5RA318,1606RJZA051）和中科院“西部之光”人才培養(yǎng)計劃項目的資助和支持。

來源：固體潤滑國家重點實驗室