上海高校研製智能材料：石墨烯紙自己走路取物

A圖：一隻石墨烯紙製作的人工手在光源明滅中抓取了小物件。B圖：一個石墨烯製作的微機器人在小管中用14秒受控爬行了幾釐米。(資料)

一張紙，浸上水，會脹開；曬乾了，會縮水——若這一過程在幾秒之間“快進”完成，那麼紙巾就收放自如。記者昨天從東華大學纖維材料改性國家重點實驗室獲悉，“諾獎材料”石墨烯薄片在光熱刺激下，竟像毛毛蟲一樣自主行走與轉向，而用同樣材料製成的小手可以抓取物體。

相關論文“基於摺紙技術的石墨烯自摺疊驅動裝置”日前發表於《科學》雜誌子刊，《自然》《科學》網站同時在首頁進行報道。哈佛大學、康奈爾大學同行對這種智能可穿戴材料新成果給予高度評價，其應用前景包括變形衣、外骨骼、微機器人等。

變形靈感來源於摺紙藝術

石墨烯摺紙變形的靈感來源於中國古老的摺紙藝術。東華大學材料學院先進功能材料研究團隊王宏志、侯成義、穆九柯等介紹，他們利用簡便的抽濾方法，將氧化石墨烯、PDA-氧化石墨烯的納米片組裝成只有微米厚度的“石墨烯紙”，在温度或光源的控制下，通過納米層之間的水分子吸附與脱附，這張石墨烯紙就能在3秒之內，迅速摺疊成預設的形狀，如此反覆就按一定方向貼地爬行。

王宏志表示，這類輕質並且具有柔性的二維材料，對微弱的環境變化也非常敏感，由此可以“編輯”其形態，受控產生形態改變，這使得它們存在多種應用可能性。如在服裝領域，可用於“變形衣”設計製作，實現服裝在腕部、肘部等特定部位的收縮及展開；在軍事領域，可以幫助解決士兵“外骨骼系統”機械部件自重過重的問題。此外，在微機器人、太陽能電池板等領域的應用前景也值得期待。

智能摺紙受國外同行關注

“石墨烯智能摺紙”研究還受到美國、英國、德國、印度、巴西、新加坡等十多家海外學術媒體關注，包括電氣電子工程師學會(IEEE)、美國化學學會(ACS)、英國皇家化學學會(RSC)在內的諸多國際主流科技組織也相繼報道了研究工作。

來自哈佛大學Wyss研究所的物理學家L·西爾弗伯格表示：“這項工作有兩點令人印象非常深刻，一是大多數自摺疊材料需要幾分鐘到幾個小時來實現摺疊，而現在每件事只需要幾秒鐘；二是大多數材料在摺疊時都是一個連續過程，而現在的材料只能夠選擇性地摺疊與展開。”

L·西爾弗伯格認為，這種自摺疊能力打開了一個完整的材料摺紙世界，從智能彈簧到振翅機器，再到石墨烯。

“從摺紙藝術獲得靈感對材料進行設計，是當前非常熱門的領域。”美國康奈爾大學物理學家I·科恩在《自然》報道中評述説，這項工作對設計單原子層面的摺疊非常重要，如果研究者成功達到這個目的，他們將能用製造二維材料時已有的基礎和經驗，獲得多種能夠彈起變成三維材料的二維材料。