国产精品igao视频网网址不卡日韩,亚洲综合在线电影,亚洲婷婷丁香,黄色在线网站噜噜噜

  近年來，仿生光子軟致動器因其在彎曲過程中的刺激變色而備受關注。光子軟致動器的顏色來自于表面微納結構（如光子晶體）對入射光的衍射、反射或干涉。光子軟致動器可以實時感知環境條件，依靠結構色準確直觀地反映軟致動器的細微變化。這類光子軟致動器通常具備雙層或梯度結構，驅動力來自于水凝膠對外部刺激響應而形成的溶脹差，產生動態和可逆的形狀變化。在靶向轉運、人工向光性、藥物篩選和交互傳感等領域發揮著重要作用。然而，制備快速響應、較大彎曲曲率和全彩色顯示的軟致動器仍然面臨挑戰。

  鑒于此，大連理工大學精細化工系張淑芬教授和工程力學系的鄭勇剛教授合作，受寬尾蜂鳥羽毛的角度依賴結構色和荷葉正反面不同潤濕性的啟發，提出了一種浸潤性調控的新型驅動機制，通過疏水液體單向滲透觸發Janus薄膜的不對稱溶脹，實現定向彎曲。所制備的Janus薄膜由超疏水的銅微納陣列和弱親水的3D反蛋白石構成。由于疏水液體在薄膜表面的滲透與擴散之間的競爭，借助于拉普拉斯壓力，疏水液體可以從超疏水層穿過通道到親水層，但在相反方向上受阻。超疏水層的吸油溶脹導致Janus薄膜的定向彎曲，與此同時，親水層表面的反蛋白石顯示角度相關的變化的結構色，實現驅動過程中彎曲動力學和應力分布的自我報告。

圖 1. a)寬尾蜂鳥羽毛的結構色、荷葉正反面的浸潤性及Janus膜的結構示意圖; b) 由水下油滴單向滲透觸發的Janus膜的定向彎曲示意圖。

  如圖2所示，當光子軟致動器的親水層朝上時，對于通道處的油滴，泵壓（F_P）和重力（G）共同克服潤濕阻力（F_W）和浮力（F_B），油滴可以穿過Janus膜。一旦連通親水層和超疏水層，立即產生拉普拉斯壓差（P_L），形成“拉普拉斯通道”。由于通道被油膜覆蓋，潤濕阻力消失，拉普拉斯壓差促進了油滴的快速通過，油滴在超疏水層迅速擴散。由于超疏水層的吸油溶脹，Janus膜由超疏水層向親水層彎曲。當光子軟致動器的超疏水層朝上時，油滴在表面的擴散效應遠大于滲透效應，無法克服F_W和F_B，不能穿透通道，不能形成“拉普拉斯通道”。同樣，超疏水層的吸油溶脹導致Janus膜向親水層彎曲。

圖2. 油滴在薄膜表面的受力分析示意圖, (a) 親水層朝上, (c) 超疏水層朝上; 油滴體積和孔洞直徑對滲透的影響, (b) 親水層朝上, (d) 超疏水層朝上; 典型的 (e, f) 滲透和 (g, h) 擴散過程；(i) 油水界面穿透通道后在疏水的銅微納陣列表面上的鋪展過程。

  如圖3a所示，通過光學顯微鏡觀察了超疏水層表面銅微納陣列的溶脹過程，溶脹后，銅陣列間距明顯增大。Janus膜正反面的不對稱溶脹最終促使軟致動器彎曲。彎曲前，親水層表面的反蛋白石可在光源方向產生角度依賴的逆反射光（圖3b），初始入射角和觀察角分別為~60°和~50°時，親水層顯示綠色。彎曲過程中，由于不同弧度處的入射角和觀察角實時變化，對應反蛋白石的逆反射發生變化，整個曲面顯示不同的結構色。通過有限元模擬分析了超疏水層的頂部和底部的內應力分布變化。頂部內應力分布密度從邊緣向整個平面轉移，而底部內應力分布密度從Janus膜的長邊向四面轉移，與觀察到的結構色的變化過程相似。利用結構色可以揭示Janus膜彎曲過程中的相關動力學過程，并可視化分析內應力的變化和轉移。

圖 3.(a) 光子軟致動器的超疏水層溶脹前后銅微納陣列的顯微圖片; (b) Janus膜典型的彎曲過程和相應的結構色; (c) 有限元模擬超疏水層頂部與底部的Mises應力分布和傳遞；(d) Janus膜彎曲與恢復過程中曲率的變化；(e) 圖b中Janus膜彎曲過程中點1和2對應的衍射光譜；(f) 圖b中Janus膜彎曲過程中點3對應的最大衍射波長；(g) 圖c中相關點的應力強度比值隨時間的變化。

  作為該驅動機制的延伸，進一步制作了快速響應的Janus光子軟致動器。這項工作為油液在水介質中的定向輸送和分離提供了一種有效的策略，為下一代軟致動器/傳感器的制備提供了靈感。同時，該研究為微智能材料設計中的參數設置提供了啟示和方法，在靶向轉運、人工向光性、藥物篩選和交互傳感等領域具有潛在的應用前景。相關成果近日發表在《Materials Horizons》上，DOI：10.1039/D1MH01693H。論文的通訊作者為大連理工大學張淑芬教授，第一作者為化工學院博士后齊勇。

  Biomimetic Janus photonic soft actuator with structural color self-reporting

  Materials Horizons

  作者：齊勇，周常通，邱一松，操先飛，牛文斌，武素麗，鄭勇剛，馬威，葉宏飛，張淑芬

  https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/mh/d1mh01693h