近日，研究人員利用超快激光處理技術開發(fā)出了對水分敏感、形狀變形、光滑的石墨烯智能表面。這種單一、仿生表面功能特性的組合，將有助于環(huán)境傳感應用例如雨滴收集。新的混合表面還可以直接利用自然或人工設計的水蒸發(fā)產(chǎn)生的能量，然后將其轉(zhuǎn)換為機械能或電能。新技術未來將對氣候感應建筑系統(tǒng)、智能紡織品或仿生機器人的發(fā)展產(chǎn)生影響。

　　來自中國吉林大學的科學家們從食肉植物中獲得靈感，食肉植物可以通過主動誘捕和被動誘捕兩種機制之一誘捕和消化小昆蟲。例如，豬籠草（Nepenthes）通過注入潤滑劑的光滑表面通過被動誘捕機制捕獲昆蟲，而維納斯捕蠅草（Dionaea muscipula）則通過復雜的驅(qū)動機制進行主動誘捕（如圖1 所示）。

　　在過去，雖然開發(fā)這類特性的表面都是單獨開發(fā)的，但據(jù)研究人員稱到目前為止，將這些特性組合到單一表面仍然具有挑戰(zhàn)性。在Opto-Electronic Advances 中，研究團隊描述了他們利用飛秒激光直接寫入和同步結構誘導的光還原技術克服了挑戰(zhàn)。

　　這種技術被用于制備在濕氣驅(qū)動下動態(tài)變形的氧化石墨烯（GO）和激光還原氧化石墨烯（LRGO）雙層致動器。然后，通過毛細管力在激光還原氧化石墨烯一側固定潤滑劑，并將注入潤滑劑的光滑表面與致動器整合。其結果是形成了一個混合型、水分敏感、形狀變形、光滑的表面，展示了主動捕獲和被動捕獲能力。

　　傳統(tǒng)的刺激響應執(zhí)行器能夠在外部刺激下實現(xiàn)可逆變形，顯示出開發(fā)陷阱機器人的巨大潛力。然而在大多數(shù)情況下，由于對環(huán)境刺激反應緩慢或缺乏表面潤濕性控制，簡單的彎曲變形無法捕獲昆蟲。研究人員將濕敏致動器與潤滑油注入的光滑表面結合在一起。驅(qū)動力和滑性的協(xié)同作用使充油LRGO/GO 膜具有更強的捕捉能力。

　　研究團隊展示了一種濕敏形狀變形的光滑表面，可以主動接觸液滴并讓它們被動滑動。基于這種混合仿生概念，他們研制了一種智能青蛙舌頭，可以捕捉和操縱含有活管足類的水滴（圖2a 和2b）。值得注意的是，濕滑的表面在濕氣驅(qū)動下會彎曲，接觸到液滴并讓它滑到底部，這表明了主動捕捉和被動捕捉能力。

　　除了智能青蛙舌頭，研究人員還準備了一種水分感應花，在瓶頸處有六個可變形且光滑的花瓣，用于主動收集液滴（圖2c）。當環(huán)境濕度較低時，花朵盛開將光滑的表面暴露在環(huán)境中。隨著濕度增加，花瓣向中心彎曲。彎曲特性和光滑的表面使液滴能夠傳輸?shù)狡孔又小?/p>

　　除了液滴操縱之外，這種對水分敏感的形狀變形的光滑表面還顯示了摩擦電效應在液滴檢測中的潛在應用。在這項工作中，將摩擦電效應與形狀變形的光滑表面相結合的目的是檢測液滴而不是發(fā)電。它能夠敏感地檢測形狀變化的光滑表面上的液滴滑動行為，這對液滴操縱非常有幫助。

　　研究人員通過在氧化石墨烯側沉積一對金電極來檢測電信號。濕滑表面的潤滑層被用作液滴滑動的主動可變形濕滑基底，以及用于有效電荷轉(zhuǎn)移的介電層。如圖 2g 和2h 所示，當液滴滑過前后電極時，可以檢測到電信號。摩擦電效應引起的電信號可以解釋為：最初兩個金電極之間的電位是相等的，兩個金電極之間沒有電位差。當液滴從前電極滑到后電極時，由于雙電層的形成，可在前金電極上感應電荷，導致電位差增大。

　　這項工作的意義在于，研究人員制作了一種形狀可變的光滑表面，該表面具有刺激響應變形和油潤滑光滑特性的混合仿生功能。形狀變形能力與光滑表面的結合既有利于驅(qū)動性能，也有利于具有超濕性的智能表面的實用性。

　　此外，它還帶來了除目標昆蟲捕捉之外的新應用，例如液滴收集、液滴操縱和雨量傳感。注入液體的表面因清潔、防結冰和防生物污染等特性而得到開發(fā)?？缥锓N仿生材料既有利于致動器設計也有利于超濕智能表面的開發(fā)，濕敏形狀變形光滑表面顯示出發(fā)展仿生機器人的巨大潛力。

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