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  智能軟驅動材料是指在一定的外部刺激下能夠將各種能量（光能、熱能、化學能及氣體的梯度勢能）轉換為機械能進而發(fā)生可逆形變的高分子材料。最近幾年，軟驅動材料已經(jīng)在許多高科技領域如軟體機器人、傳感器和體內(nèi)手術設備等方面引起了極大的研究興趣。但通常受限于組成材料自身的成分及其結構，這些驅動材料在驅動效率及速度、機械穩(wěn)定性、響應靈敏度、形變可控性及復雜性等方面還存在嚴重不足，限制了軟驅動材料的進一步應用。
  中科院寧波材料所陳濤研究員帶領的智能高分子材料團隊前期研發(fā)了系列形狀記憶型水凝膠軟驅動材料，并取得了階段性進展（Chem. Commun. 2014, 50,12277; Macromol. Rapid Commun. 2015, 36, 533; Polym. Chem. 2016, 7, 5343; Chem. Sci. 2016, 7, 6715; Chem. Commun. 2016, 52, 13292），但這些材料的驅動能力及響應靈敏度還仍顯不足；基于該團隊在碳基材料與高分子復合方面的研究基礎（Chem. Commun., 2013, 49, 11167; Chem. Commun., 2014, 50, 7103; J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 15268; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2014, 6, 16204; J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 4124; Adv. Funct. Mater., 2015, 25, 2428; J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 10810; Chem. Mater., 2016, 28, 7125），該團隊近期通過協(xié)同發(fā)揮聚多巴胺對水汽的敏感性與碳基材料如石墨烯等獨特氣體阻隔性，制備了基于刺激響應高分子與石墨烯的納米復合智能軟驅動材料。研究人員通過采用真空抽濾自組裝的方法，將原位聚合制備得到的大尺寸還原氧化石墨烯/聚多巴胺（RGO-PDA）納米復合薄片的分散液組裝成宏觀尺度的層狀結構納米復合薄膜(圖1-A）。在水汽梯度的驅動下，該薄膜具有極高的響應靈敏度（圖1-B）、快速運動能力（1000°/s）（圖1-C）、強驅動力（可以承載自身42倍重量）（圖1-D）以及連續(xù)自發(fā)運動（圖1-E）等優(yōu)良性能。這種材料突破了只有雙層結構的材料才能進行驅動的限制，可以實現(xiàn)在外部刺激的過程中均一薄膜原位形成雙層結構，進而進行驅動，這為制備新型快速、高靈敏驅動材料提供了一種新思路（Adv. Mater. Interfaces, 2016, 3, 1600169）。
 
 
  如果要實現(xiàn)軟驅動材料的實際應用，迫切需要開發(fā)新的制備方法以獲得各種復雜形變、特別是三維（3D）的復雜形變。近期，該團隊研究人員采用紫外光原位還原法，將氧化石墨烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）（GO-PNIPAM）復合水凝膠的局部區(qū)域的氧化石墨烯還原，從而高度可控地獲得了特定的各向異性結構。以其為模板，還可在水凝膠未還原區(qū)域引入其他刺激響應的第二網(wǎng)絡，進一步實現(xiàn)了多重響應（熱、光、離子強度和pH響應）的3D復雜形變（圖2，Adv. Funct. Mater., 2016, DOI: 10.1002/adfm.201603448）。利用此方法，研究人員設計了一種具有復雜智能形變的仿生驅動器，可以在多重刺激響應下，準確抓取特定區(qū)域的目標物。這為智能軟質驅動器件的設計和開發(fā)，特別是遠程可控和多重響應的3D復雜驅動，提供了新思路。
 
 
  該研究工作得到了國家“青年千人計劃”、中科院前沿局“拔尖青年科學家”（QYZDB-SSW-SLH036）、國家自然科學基金（21304105，51573203）、浙江省杰出青年基金（LR14B040001）與浙江省石墨烯應用研究重點實驗室等的資助。