塔夫茨大學：科學家研發出隨光線移動的新材料

塔夫茨大學工程學院的研究人員研發出磁性彈性複合材料，當暴露在光的情況下以不同的方式移動，進而提高了這些材料使各種產品從簡單運動到複雜運動的可能性。小到微型發動機和閥門，大到太陽能電池板等都能彎曲向陽。

該研究在美國國家科學院院刊（「用於光控驅動和界面的柔性磁性複合材料」）上發表的一篇文章中有所描述。

當曝光時，薄膜會從磁場中偏轉（圖片來源：SilkLab，塔夫茨大學）

在生物學中，有許多例子表明光線會引起運動或變化——像花朵和樹葉會轉向陽光。本研究中產生的光致動材料基於居里溫度的原理——即某些材料將改變其磁性的溫度。通過加熱和冷卻磁性材料，可以關閉和打開其磁性。

摻雜有鐵磁性CrO2的生物聚合物和彈性體在暴露於激光或陽光下時會升溫，暫時失去其磁性，直到它們再次冷卻後才有磁性。形成薄膜，海綿和水凝膠等這些材料的基本運動由附近的永久磁鐵或電磁鐵引起，並且可以表現為彎曲，扭曲和膨脹。

「我們可以將這些簡單的動作組合成更複雜的動作，如爬行、行走或游泳，」該研究的通訊作者，塔夫茨工程學院Frank C. Doble教授——FiorenzoOmenetto說，「這些動作可以通過光線無線觸發和控制。」

Omenetto的團隊通過構建軟夾具來展示這些複雜的運動，這些夾具能夠捕捉和釋放物體以響應光照。

「這些材料的優勢之一是我們可以選擇性地激活結構的某些部分並使用局部或聚焦光來控制它們，」該論文的第一作者Meng Li說，「與基於液晶的其他光碟機動材料不同的是這些材料可以設計成朝向或遠離光線方向移動。所有這些特徵使得能夠通過複雜，協調的運動製造大大小小的物體。

為了證明這種多功能性，研究人員構建了一個簡單的「居里引擎」。將光致動薄膜成形為環並安裝在針柱上。放置在永磁體附近，當激光聚焦在環上的固定點上時，它會局部消磁環的那一部分，產生不平衡的凈力，導致環轉動。當它轉動時，去磁點恢復其磁化並且新點被照亮和消磁，導致發動機連續旋轉。

用於製造光致動材料的材料包括聚二甲基硅氧烷（PDMS），其是廣泛使用的透明彈性體，通常成形為柔性薄膜;蠶絲蛋白，其是一種通用的生物相容性材料，具有優異的光學性質，可以成形為廣泛的形式——從薄膜到凝膠，線，塊和海綿狀。

「通過額外的材料圖案，光圖案和磁場控制，我們理論上可以實現更複雜和微調的運動，例如摺疊和展開，微流體閥切換，微型和納米級發動機等，」Omenetto說。

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