“不知疲倦”的仿生软材料：产生和生物一样的形变

无论什么材料都有一定的机械性能，无法进行永久地复杂运动，而据《科技日报》报道，华东师范大学张利东课题组与中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏课题组合作，设计出了一种聚合物智能薄膜，该智能薄膜“不知疲倦”，可以永远保持优异的性能，因而被称为“不知疲倦”的仿生软材料。那么，这款“不知疲倦”的仿生软材料到底是什么样的？它的应用前景又如何？

智能薄膜的仿生形变。（图片来源：《中国科学报》）

《中国科学报》介绍，研究团队以聚偏氟乙烯（英文简称为PVDF）和聚乙烯醇（英文简称为PVA）高分子材料为研究对象，模拟生物结构衍生规律，利用模板技术将微孔道仿生结构复制到PVDF膜表面，使得制备的PVDF/PVA双层薄膜在结构上具有周期变化的机械张量，实现了智能薄膜的仿生性能，通过外界刺激便可对智能薄膜仿生行为进行操控。该智能薄膜对丙酮分子的刺激极其敏感，并且通过对丙酮分子的快速吸收和释放，可实现智能薄膜的长时间连续定向形变。

张利东在接受《中国科学报》采访时表示，该智能薄膜的实验过程也很有趣。当PVDF膜表面微孔道排列和薄膜的长轴夹角保持在30°或60°时，薄膜受到丙酮分子刺激产生右手性的缠绕运动；反之，微孔道排列和薄膜的长轴夹角保持在-30°或-60°时，薄膜则产生左手性的缠绕形变；当这种夹角保持在90°时，双层膜吸收丙酮分子而产生向着PVA层的定向弯曲形变。

材料是人类生产和生活的物质基础。近些年来，人们对所使用的材料提出了越来越高的要求，材料科学的发展由传统单一的仅具有承载能力的结构材料或功能材料，向多功能化、智能化的结构材料发展。由于受到自然界生物的启示，仿生材料受到越来越多的关注。据南方网报道，“不知疲倦”的仿生软材料可以通过不同的结构设计，实现定向运动，可以用于监控空气中的丙酮浓度等。此外，这种智能薄膜还可以用于驱动其他材料、器件运动。仿生软材料的运动方式可以与自然界中各种复杂的运动方式相媲美，它将大大推动聚合物材料在传感器、人工肌肉、柔体机器人等领域的重要应用。（郭星星）

本文由中科院物理所副研究员罗会仟进行科学性把关，专家主要研究领域为超导、电子、电磁、半导体、自动化、中子散射等。