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  近日，東華大學王宏志教授課題組在智能變色—致動一體化軟體機器人領域取得新進展，相關研究成果以《晶格收縮觸發的協同電致變色致動器》(“Lattice-Contraction Triggered Synchronous Electrochromic Actuator”, DOI:10.1038/s41467-018-07241-7)為題發表于國際知名學術期刊《自然》(Nature)子刊《自然?通訊》(Nature Communications)。東華大學系論文第一完成單位，材料學院博士畢業生李克睿（現為新加坡國立大學博士后）與英國劍橋大學博士后邵元龍系共同第一作者，王宏志教授、王剛博士為共同通訊作者。

圖1：自適應隱身章魚及其仿生器件構筑

  大自然蘊藏著無數的科學奧秘，變色龍作為自然界中的“偽裝大師”，可以控制鳥嘌呤納米晶體晶格從而實現皮膚顏色的可逆轉換，基于變色龍隱身的仿生技術在軍事隱身、工業建筑、時尚產業等領域取得廣泛應用。而自然界中還存在一些更為高明的動物(例如擬態章魚、墨魚和安第斯雨蛙等)，他們能夠表現出更為復雜的雙響應偽裝能力，不僅能夠像變色龍一樣對周圍的顏色做出快速響應，而且能夠改變其自身的紋理和姿勢以適應環境。

圖2：電致變色致動雙響應機理示意圖與相關數碼照片

  自然界動物神奇的雙響應偽裝能力引起了研究團隊的注意，如何同時實現對致動和顏色的雙向控制成為了課題組科研攻關的重點。王宏志課題組在前期的工作中獲得了蒸汽驅動的致動薄膜，并通過表面光子晶體功能化修飾實現了機械致變色（Nature Communications, 2018, 9, 590），然而上述薄膜材料還難以實現對致動和顏色變化的精確控制。相對于傳統的力、熱、光及蒸汽等控制因子，課題組研究人員發現電控可以實現精確調控并易于同其他電子器件進行集成化設計，因而開發出電控的變色-致動協同響應材料及器件就具有十分重要的意義。課題組在多年對電致變色和致動材料與機理的研究基礎上，利用W18O49納米線嵌/脫Li過程中晶格尺寸的變化，獲得了精密電控變色-致動協同響應體系，實現了單一組分材料的多重響應功能，有效克服了復合薄膜體系由于界面效應所產生的可控性差、穩定性低、致動-變色不同步的問題。

圖3： 第一性理論計算、同步輻射原位XRD和動態計算機模擬闡明致動的核心影響因素---晶格收縮

  第一作者李克睿告訴記者，從偶然發現的實驗現象到發掘現象背后的科學價值，這背后是科研團隊一次次實驗、一次次驗證，一次次失敗之后的從頭再來。共同通訊作者王剛博士說，在東華求學的日子學習到的不僅是知識，更是對于科學問題較真的態度。為了得到更為精確的實驗數據，研究團隊與英國劍橋大學、美國斯坦福大學以及西北大學相關人員合作，運用高能同步輻射光源實時在線檢測，更加深入地觀察精細結構和細微變化，最終通過第一性理論計算、動態計算機模擬及原位同步輻射研究，明確闡明了致動的核心影響因素---晶格收縮。所獲得的基于氧化鎢納米線的一體化智能響應系統，實現了液相的多重指令執行，在此基礎上進一步構建了可在空氣中工作的贗電容致動器。這種非傳統的贗電容致動機制不僅從材料微納結構角度揭示了精密電控變色-致動協同響應機制，而且為多重響應隱身軟體機器人的集成化智能化設計提供了材料及器件設計基礎。

  據了解，材料學院王宏志課題組在致動變色領域先后在Science Advances, Nature Communications, ACS Nano等國際知名期刊發表多篇研究論文，取得一系列研究成果。這些前期的研究工作為本篇研究論文的發表奠定了扎實的實驗及理論基礎。該研究成果在軍事自適應隱身、智能可穿戴服裝、柔性軟體機器人等領域將有著廣泛的應用前景。此項研究得到國家自然科學基金、上海市優秀學術帶頭人等項目的大力支持。

  論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-07241-7