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让液晶资料随光起舞

来源:安博电竞平台平发表日期:2025-02-26 06:43:32浏览量:1

  由我国科学社于1933年8月创刊,距今已有80年的前史。《科学画报》在80年的办刊进程中,形成了浅显生动、图文并茂地介绍最新科技知识,形式多样地遍及科学技能的特色,对进步广大群众的科学水平,启示青年喜好科学、投身科学事业起了很大的效果,当今的不少闻名学者、教授、科学家,青少年时代都曾遭到它的熏陶和启示。

  光对地球上的大多数生命而言都是很重要的。光就像一个魔法师,能让一些生物在短时间内发生清楚明了的改动:向日葵跟着阳光的方向滚动花盘,猫的瞳孔随光线强弱而扩大缩小……有一些资料也能像向日葵和猫眼相同,对光影响做出呼应,它们便是光呼应高分子资料。

  光呼应高分子资料在吸收特定波长的光后,能发生某些化学或物理反响,发生一系列结构和功用的改动(如标准、形状、色彩、电阻的改动等),然后表现出特定的功用。其间,资料在光照下发生形状或标准改动的现象,被称为“光致形变”。

  光呼应高分子资料中一般含有光敏基团。咱们我们能够把高分子和光敏基团幻想成两个密切的舞者,它们携手跟着光翩然起舞,由此赋予资料各种美妙的改动。对光致形变高分子资料来说,最常用的光敏基团是偶氮苯。

  对偶氮苯来说,最合拍的舞伴当属液晶高分子。液晶高分子资料兼具密度小、比强度高、耐疲惫等特色。并且液晶分子具有有序摆放的特色,分子之间还有杰出的协同效果,当少数分子在外部影响下发生摆放改动时,其他分子也会发生相应的取向改动,因而改动整个液晶体系所需的能量很少,这能极大地进步资料呼应时的应变、应力和速度。因而,在光呼应高分子资料研讨中,液晶高分子资料越来越引起人们的注重。

  当偶氮苯与液晶高分子共“舞”,资料能够发生双向可控的形变。21世纪初,科学家初次组成了含有偶氮苯的液晶高分子资料。在紫外光照耀下,资料发生了缩短形变,形变量到达20%;而在可见光的照耀下,资料又能够康复原有的长度。

  尔后,光致形变液晶高分子资料的研讨工作取得了很大发展。复旦大学俞燕蕾教授课题组经过多年的体系研讨,在可控组成新式光呼应高分子、多标准结构调控理论及光控柔性执行器构筑新原理等方面取得了原创性效果。她领衔完结的“光呼应高分子资料”项目荣获了2018年度上海市科技奖自然科学一等奖。

  液晶高分子光致形变功用的完结完全由光控制,其形变的进程也便是把光能转换为机械能的进程,而机械能作为能够直接使用的能量,在出产和日子中发挥着重要的效果。因而,科学家一向热衷于开发根据光致形变液晶高分子的柔性智能执行器。与常见的机械设备比较,这些执行器不需要辅佐的组件来装置,也不需要杂乱的设备做控制,只需要加工成单一形状,即可在外部光照下完结各种运动,在人工肌肉、微型机器人、微泵、微阀等范畴存在广泛的使用远景。

  课题组将偶氮二苯乙炔液晶高分子资料与聚乙烯复合,规划出可见光呼应的柔性微机器人。这个机器人由“手指”“手腕”和“手臂”等部件构成,整体体系中不包括任何齿轮、轴承和触摸性驱动体系。只需要用可见光照耀不相同的部位,即可操作机器人完结抓取、抬高、移动和放劣等动作,搬运质量到达本身质量10倍的物体。

  微量液体传输是触及许多范畴的重要问题,如贵重液体药品的无损搬运、微流体器材与生物芯片中的液体驱动等,都与之直接相关。近年来,微流体芯片的本身标准不断缩小,功用单元数量日益增多,外部驱动设备和管路相应地越来越杂乱和巨大。用光控制微流体有助于简化微流控体系,可是现有的光控技能存在许多缺点。

  课题组观察到,生物的动脉血管管壁因其层状结构的存在,所以反常坚韧。受此启示,他们仿生规划出一种全新结构的线型液晶高分子资料,并规划出一种光控微管执行器。微管遭到光照时会发生形变,发生毛细效果力。经过改动光照条件就能够准确控制液体运动的方向和速度,还能够使微量液体战胜重力爬坡,及发生S形和螺旋形运动轨道。该微管执行器能够驱动多种类型的液体、杂乱的流体,乃至是生物样品。它在生化检测剖析、微流反响器、芯片实验室等许多范畴都有很高的使用价值。这项研讨被世界同行称为“逾越现有的微流体控制技能,是具有真实创始含义的优秀效果”。

  形变仅仅光呼应高分子资料对光影响的呼应方法之一。在科学家的精心编排下,高分子和光敏基团这对舞伴还能扮演许多精彩的舞蹈,为人们的日子发明无限或许。

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