天津大學(xué)教授封偉團(tuán)隊(duì)受自然界向日葵向光特性啟發(fā)，日前成功開發(fā)了一種能“追光”的智能新材料——基于MXene增強(qiáng)液晶彈性體的仿生向日葵管狀液晶驅(qū)動(dòng)器。相關(guān)成果已發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《先進(jìn)功能材料》。

自然界中大部分植物都會(huì)向光生長(zhǎng)，這是由于向光生長(zhǎng)有利于獲得更大面積、更多的光照，有利于光合作用，維持植物更好生長(zhǎng)。作為向光性植物的典型代表，向日葵不僅可以感知陽光的方向并隨之響應(yīng)，而且可以自發(fā)不斷地緊緊追蹤陽光運(yùn)動(dòng)，表現(xiàn)出了一種自我調(diào)節(jié)的生物智能。近年來，如何設(shè)計(jì)和開發(fā)仿生向日葵的向光性智能材料成為世界各國(guó)材料科學(xué)家競(jìng)相關(guān)注的焦點(diǎn)。

“自然界是人類各種技術(shù)思想、工程原理及重大發(fā)明的源泉。向日葵獨(dú)特的向光性為我們開發(fā)新型仿生智能材料與技術(shù)提供了豐富的靈感。”封偉介紹，液晶彈性體是一類優(yōu)異的智能高分子材料，兼具聚合物彈性和液晶各向異性，同時(shí)具有多刺激響應(yīng)性、類似肌肉的機(jī)械性能、可逆驅(qū)動(dòng)變形以及形狀可編程等性能，在仿生智能材料、人工肌肉和自適應(yīng)系統(tǒng)等領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用前景。

封偉帶領(lǐng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備了一種可光聚合的二維MXene納米單體，通過原位光聚合到主鏈型交聯(lián)液晶彈性體中，極大增強(qiáng)了材料的機(jī)械性能并賦予其優(yōu)異的光驅(qū)動(dòng)能力。這種新材料能夠像植物莖一樣向光照射的方向彎曲，還具備在三維空間內(nèi)所有角度快速感知、連續(xù)跟蹤和自適應(yīng)地與入射光相互作用的能力，實(shí)現(xiàn)了類似向光性植物的自適應(yīng)光源精準(zhǔn)追蹤。

“作為概念驗(yàn)證演示，我們用這種新材料制備了一個(gè)‘仿生向日葵’，它能夠?qū)崟r(shí)迅速追蹤不斷變化的非聚集光源。”封偉表示，這項(xiàng)研究不僅為開發(fā)兼具感知、自反饋和執(zhí)行功能的軟物質(zhì)智能材料提供了新思路，還有望為高分子智能材料在自適應(yīng)光電子學(xué)、智能軟機(jī)器人等領(lǐng)域的應(yīng)用研究奠定基礎(chǔ)。

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