“黑金”石墨烯一直被认为是能够彻底改变电池领域的新材料。
它比黄金贵10倍。
这种材料可用于可穿戴设备、智能手机、电车行业等。
一张纸泡在水里会膨胀;干燥时它会收缩——如果这个过程在几秒钟内“快进”完成,那么纸巾就可以自由地缩回和展开。
记者昨天从东华大学纤维材料改性国家重点实验室获悉,“诺贝尔奖材料”石墨烯薄片在光和热的刺激下可以像毛毛虫一样自主行走和转动,并制成小手。
同样的材质可以抓取物体。
相关论文《基于折纸技术的石墨烯自折叠驱动装置》近日发表在《科学》杂志分期上,并在《自然》《科学》网站首页进行了报道。
哈佛大学和康奈尔大学的同事对这一智能可穿戴材料新成果给予高度评价,其应用前景包括改造服装、外骨骼、微型机器人等。
图A:石墨烯纸制成的人工手在光源照射下抓取小物体开启和关闭。
图B:由石墨烯制成的微型机器人在14秒内以受控方式在小管中爬行了几厘米。
变形的灵感来自于折纸艺术。
石墨烯折纸的变形灵感源自中国古代折纸艺术。
东华大学材料学院先进功能材料研究团队的王宏志、侯成义、穆久克等人介绍,他们采用简单的抽滤方法,用纳米粒子将氧化石墨烯和PDA-氧化石墨烯纳米片组装成“石墨”。
厚度仅为微米。
“石墨烯纸”,在温度或光源的控制下,通过纳米层之间水分子的吸附和解吸,这种石墨烯纸可以在3秒内快速折叠成预设形状。
通过按某个方向靠近地面的“爬行”来重复此过程。
王宏志表示,这种轻质、柔性的二维材料对微弱的环境变化也非常敏感,因此它们可以“编辑”其形状并产生受控的形态变化,这使得它们具有多种应用可能性。
例如,在服装领域,可以用于“变形服装”的设计和制作,实现服装在手腕、肘部等特定部位的收缩和膨胀;在军事领域,它可以帮助解决士兵“外骨骼系统”机械部件重量过重的问题。
此外,在微型机器人、太阳能电池板等领域的应用前景也值得期待。
智能折纸引起了国外同行的关注。
“石墨烯智能折纸”研究还吸引了美国、英国、德国、印度、巴西、新加坡等十余家海外学术媒体的关注,其中包括美国电气与电子工程师学会(IEEE)和美国化学会 (ACS)。
英国皇家化学会(RSC)、英国皇家化学会(RSC)等多个国际主流科技组织也对研究工作进行了报道。
哈佛大学维斯研究所的物理学家L. Silverberg表示:“这项工作有两点非常令人印象深刻。
一是大多数自折叠材料需要几分钟到几小时才能实现折叠。
但现在一切只需要几秒钟;其次,大多数自折叠材料需要几分钟到几小时才能实现折叠。
”材料的折叠过程是连续的,而目前的材料只能选择性地折叠和展开“L.西尔弗伯格认为,情况确实如此。
自折叠的能力开启了折纸材料的整个世界,从智能弹簧到扑翼机再到石墨烯。
“受折纸艺术启发的设计材料目前是一个非常热门的领域。
”美国康奈尔大学物理学家I. Cohen在《自然》报告中评论称,这项工作对于设计单原子水平的折叠非常重要。
重要的是,如果研究人员成功实现这一目标,他们将能够利用现有的制作二维材料的基础和经验,获得各种可以弹射成三维材料的二维材料。