由于人工智能系统的开发，特别是在仿生学和智能机器人领域，具有感知、处理和反应能力的智能设备出现了越来越受到人们的关注。通过简单材料和结构设计制备具有高度柔性以及对多刺激响应的智能驱动器来模拟生物行为，例如举重物等，是求智能系统的发展要求。智能材料可以对各种类型环境刺激，通过改变形状或内部的性能从而做出响应，并且利用自然绿色能源驱动智能系统是一个热门话题。
　　近日，《ACS Appl. Mater. Interfaces》发表了一篇由石墨烯氧化物（GO）层和碳纳米管（CNT）嵌入PDMS（CNT/PDMS）层设计的仿生双层膜。该膜显示出快速、可逆的驱动性能，并对多重刺激，包括光照射、温度、湿度有响应。并且通过设计GO层条带的方向可以设计制动性质。其在柔性手指，镊子和仿生爬行动物负重等方面有潜在应用。
　　器件的制备如Figure1所示。GO溶液倒入培养皿在40℃蒸发水分，然后从培养皿上揭下。将CNT和PDMS溶入正己烷，抽真空后旋涂成薄膜，在80℃下保温半小时，形成半固化CNT/PDMS，再将GO膜转移到CNT/PDMS层，继续固化形成GO和CNT/PDMS双层膜结构。

Figure 1（a）器件制备过程；（b）柔性的GO-CNT/PDMS双层膜

　　光制动：Figure 2显示了光热辐照下双层膜的弯曲/恢复变形行为。当双层膜暴露在光热刺激下， CNT/PDMS层快速的吸收光能并将其转化为热能，导致CNT/PDMS膨胀。此外，此外，光热辐射会导致环境湿度显著降低，从而移除 GO层中的水分子使得GO产生褶皱收缩。两个因素共同导致了双层膜向GO层方向弯曲。碳管含量将显著改变双层膜的弯曲速度和弯曲角度大小。

Figure 2（a）光热制动的机理示意图 （b）CNT含量和膜弯曲角度关系；（c）光强和弯曲角度关系

　　热制动：温度升高将导致PDMS膨胀，而GO层失水收缩，因此也将使双层膜向GO方向弯曲。图Figure3为不同温度下，双层膜的弯曲变形大小。

Figure 3 膜弯曲角度随温度变化关系

　　湿度制动：Figure 4a为湿度制动原理。当双层膜暴露在高湿度的环境下，GO膜有大量含氧的官能团，可以快速吸水。水分子渗透到GO片层，使得GO层长度和厚度随着片层空间的增大而增加。而CNT/PDMS层由于其完全疏水性的结构其形状很难改变。双层膜暴露在不同的湿度条件下呈现出不同的弯曲角度（Figure4b），整个过程是完全可逆的（Figure4c）。

Figure 4（a）湿度传感机理示意图；（b）不同湿度下，膜的弯曲角度；（c）膜在湿度刺激下的弯曲实物照片

　　此外，条带状的GO层可以使得双层膜向特定方向发生弯曲，通过设计，可以在刺激下实现特定的变形（Figure5）。

Figure 5 不同方向的条带GO层与在刺激下的变形

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b08554

来源：OIL实验室