image: (a) 制备流程示意图。（b）湿度刺激下，纸质模型可控变形示意图。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
致动器是一种可以将各种环境刺激转换成机械形变的自动化器件，在软体机器人，微机电系统（MEMS）和微流控芯片实验室等领域显示出巨大的应用潜力。鉴于石墨烯优良的物理、化学性质，基于石墨烯材料的碳基致动器一直备受关注。然而，现有的石墨烯致动器大多依赖于传统双层结构，只能实现简单的弯曲形变，这限制了这类致动器的广泛应用。近年来，尽管有一些文献报道了惰性层结构化的致动器可控形变策略，但其驱动原理通常是依赖形变阻力的各项异性产生的被动形变。目前，对致动器复杂形变的程序化控制仍然是公认的难点。
在这篇由吉林大学张永来教授课题组和清华大学孙洪波教授课题组发表于《国家科学评论》（National Science Review，NSR）的文章中，作者受细胞集群耦合形变的启发，通过图案化制备惰性层阵列，研制了一种湿度响应的石墨烯致动器集群，利用个体致动器形变的耦合作用，实现了对整体智能薄膜复杂形变的程序化控制。
该石墨烯致动器是由具有特定几何形状和分布取向的光聚合物(SU-8)微图案阵列与石墨烯氧化物（GO）薄膜构成。其中单个的SU-8图案彼此独立，通过与GO层形成双层致动器结构，在外界刺激下可发生主动变形。在外部刺激下，致动器集群（致动器1，致动器2……致动器n）的形变相对独立又相互制约，这样，其整个结构的形变就可以通过SU-8图案的几何形状、分布和取向灵活控制。该石墨烯致动器群化设计方案为致动器复杂形变的程序化控制提供了新的思路。
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该研究以 “Programmable deformation of patterned bimorph actuator swarm” 为题发表于NSR。吉林大学张永来教授和清华大学孙洪波教授为论文的共同通讯作者。吉林大学马佳楠博士为论文的第一作者。该工作受到了国家重点研究发展计划（No. 2017YFB1104300）和国家自然科学基金（No. 61590930，No. 61522503，No. 61775078，No. 61605055）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwz219
Journal
National Science Review