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  近日，復(fù)旦大學(xué)彭慧勝教授課題組通過對(duì)碳納米管的多級(jí)螺旋組裝，成功制備了一種新型的纖維狀人工肌肉材料，為實(shí)現(xiàn)高性能的驅(qū)動(dòng)和敏感器件及應(yīng)用提出了全新的思路。

  據(jù)彭慧勝教授介紹，這種導(dǎo)電的人工肌肉材料對(duì)溶劑響應(yīng)具有很高的靈敏性和選擇性，在工業(yè)生產(chǎn)和化學(xué)品儲(chǔ)存中，可以用來(lái)探測(cè)毒性溶劑的泄露和預(yù)警。簡(jiǎn)單來(lái)說，在生產(chǎn)或儲(chǔ)存過程中，有毒溶劑及其蒸氣過量或泄露時(shí)，人工肌肉材料與危險(xiǎn)溶劑或蒸氣接觸，會(huì)自動(dòng)智能地伸縮或旋轉(zhuǎn)，從而觸動(dòng)警報(bào)或安全閥門的開關(guān)，發(fā)出警報(bào)告知工作人員，或是關(guān)閉通道防止危險(xiǎn)溶劑及蒸氣進(jìn)一步擴(kuò)散，減少對(duì)人體的危害，將發(fā)生安全事故的可能性降到最低。

  研究團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)完善這項(xiàng)研究，并已經(jīng)通過對(duì)纖維進(jìn)行表面改性，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水的收縮和旋轉(zhuǎn)響應(yīng)，并制成了可感應(yīng)濕度變化的智能窗簾。想象一下，如果未來(lái)我們的家中或辦公室有了這樣的智能窗簾，那將會(huì)是怎么樣的體驗(yàn)？窗簾可以通過感應(yīng)濕度的變化，智能地展開或閉合，可以智能地調(diào)節(jié)展開的幅度大小，從而影響房間內(nèi)的濕度變化。

  除此之外，乙醇是當(dāng)今一類已經(jīng)廣泛應(yīng)用的新型生物質(zhì)燃料，該類敏感材料在乙醇浸潤(rùn)下可產(chǎn)生高速的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，其實(shí)質(zhì)是表面能與動(dòng)能的轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步在纖維低端連接一個(gè)銅線圈并引入磁場(chǎng)，就可以用來(lái)產(chǎn)生電能，從而實(shí)現(xiàn)生物能-動(dòng)能-電能的轉(zhuǎn)化。

  據(jù)彭慧勝教授介紹，這項(xiàng)研究首先是受植物內(nèi)部螺旋結(jié)構(gòu)的啟發(fā)。自然界中，很多植物都會(huì)對(duì)外界環(huán)境的刺激產(chǎn)生新奇的運(yùn)動(dòng)行為，如松果隨濕度變化產(chǎn)生彎曲變形，種芒在潮濕土壤表面發(fā)生卷繞運(yùn)動(dòng)，以及絲瓜卷須的螺旋生長(zhǎng)等。這些植物運(yùn)動(dòng)對(duì)植物繁殖生長(zhǎng)、自我防衛(wèi)和養(yǎng)料攝取等方面起著至關(guān)重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)，植物內(nèi)部纖維素微纖的螺旋排布是導(dǎo)致上述植物運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

  研究團(tuán)隊(duì)以具有高比表面積、優(yōu)異的力學(xué)和電學(xué)性能取向的碳納米管為基本單元，并對(duì)其進(jìn)行多級(jí)螺旋構(gòu)筑，在纖維內(nèi)部形成了大量的納米和微米尺度的管道結(jié)構(gòu)，這種多級(jí)管道結(jié)構(gòu)可以使溶劑快速高效地濕透到纖維內(nèi)部。其對(duì)溶劑的響應(yīng)速度比傳統(tǒng)的高分子基敏感材料高三個(gè)數(shù)量級(jí)，并可以同時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)勁的收縮和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為制備高性能的智能響應(yīng)材料和器件開辟了一個(gè)全新的思路。