本文介紹了一種通過(guò)光交聯(lián)誘導(dǎo)的單層楊氏結(jié)構(gòu)聚酰亞胺（PI）薄膜制備的熒光魯棒光驅(qū)動(dòng)器。研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種高效、溫和、無(wú)催化劑的硫醇-炔點(diǎn)擊聚合反應(yīng)來(lái)制造對(duì)光敏感的PI薄膜。這些薄膜通過(guò)紫外線輔助光交聯(lián)直接獲得，展示了由薄膜前后兩側(cè)擴(kuò)張的顯著不匹配驅(qū)動(dòng)的可逆響應(yīng)。這些光驅(qū)動(dòng)器能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)化為明顯的運(yùn)動(dòng)，甚至在重載下也能實(shí)現(xiàn)，并且具備存儲(chǔ)和釋放能量的能力，確保了它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的潛力。

  1. 研究背景

領(lǐng)域概述：智能材料，特別是能夠在外部刺激下進(jìn)行可逆變形的材料，在人工肌肉、軟體驅(qū)動(dòng)器、機(jī)器人和能量發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用?，F(xiàn)有的研究主要集中在材料設(shè)計(jì)和機(jī)制探索上，但制造執(zhí)行器的復(fù)雜性和低效率以及有限的功能阻礙了進(jìn)一步的進(jìn)展。

研究意義：研究這一新材料對(duì)于開(kāi)發(fā)具有可定制運(yùn)動(dòng)的先進(jìn)執(zhí)行器至關(guān)重要，這些執(zhí)行器能夠通過(guò)單一的紫外線光源實(shí)現(xiàn)非均勻光學(xué)刻蝕、信息傳輸和快速可逆運(yùn)動(dòng)，大大簡(jiǎn)化了高性能多功能智能執(zhí)行器的制造。

  2. 目標(biāo)與假設(shè)

研究目標(biāo)：開(kāi)發(fā)出一種新型的光驅(qū)動(dòng)器，該執(zhí)行器能夠通過(guò)單一紫外線光源實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的形態(tài)變化和熒光信息的加密、讀取和擦除。

假設(shè)前提：假設(shè)通過(guò)光交聯(lián)可以在PI薄膜中產(chǎn)生非均勻的空間分布，從而實(shí)現(xiàn)快速可逆的復(fù)雜形態(tài)變化。

  3. 材料與方法

新材料設(shè)計(jì)：由含光敏感雙鍵的高分子量PI通過(guò)無(wú)催化劑的硫醇-炔點(diǎn)擊聚合高效合成。這些PI薄膜可以通過(guò)光交聯(lián)在薄膜的前側(cè)形成梯度交聯(lián)度，產(chǎn)生熱膨脹的嚴(yán)重不匹配。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：包括了PI的合成、薄膜的制備、光交聯(lián)過(guò)程以及光驅(qū)動(dòng)性能的測(cè)試。使用了傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、核磁共振（NMR）、熱重分析（TGA）、動(dòng)態(tài)機(jī)械分析（DMA）等技術(shù)來(lái)表征材料。

  4. 結(jié)果與分析

數(shù)據(jù)展示：文章中包含了多種圖表和圖像，展示了PI薄膜的合成路徑、應(yīng)力-應(yīng)變曲線、熱重分析曲線、動(dòng)態(tài)機(jī)械分析曲線、透射率曲線、折射率變化和熒光性質(zhì)等。

結(jié)果解讀：實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)光交聯(lián)可以有效地在PI薄膜中產(chǎn)生梯度交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)快速的光響應(yīng)和可逆的光驅(qū)動(dòng)行為。

比較與對(duì)比：新材料的性能與現(xiàn)有的光驅(qū)動(dòng)材料進(jìn)行了對(duì)比，顯示出更快的響應(yīng)速度和更好的可逆性。

  5. 討論

創(chuàng)新點(diǎn)與貢獻(xiàn)：開(kāi)發(fā)了一種新型的光驅(qū)動(dòng)器，它能夠通過(guò)單一紫外線光源實(shí)現(xiàn)多功能集成，包括非均勻光學(xué)刻蝕、信息傳輸和快速可逆運(yùn)動(dòng)。

局限性：文章討論了材料在實(shí)際應(yīng)用中可能面臨的挑戰(zhàn)，如提高負(fù)載能力和擴(kuò)展應(yīng)用場(chǎng)景。

未來(lái)方向：未來(lái)的研究可能會(huì)集中在開(kāi)發(fā)能夠選擇性響應(yīng)多種波長(zhǎng)光的材料，以及擴(kuò)展材料多樣性，以促進(jìn)微機(jī)器人技術(shù)和仿生制造的進(jìn)步。

  6. 結(jié)論

核心發(fā)現(xiàn)：成功開(kāi)發(fā)了一種新型的光驅(qū)動(dòng)器，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)快速可逆的光驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，還能夠進(jìn)行熒光信息的加密、讀取和擦除。

實(shí)際應(yīng)用潛力：新材料在微機(jī)器人技術(shù)、信息安全和智能系統(tǒng)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。