ШАГАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ИЗ ГРАФЕНА СТАНОВЯТСЯ БЛИЖЕ

ШАГАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ИЗ ГРАФЕНА СТАНОВЯТСЯ БЛИЖЕ

Исследователи из Китая разработали бумагу на графеновой основе, способную сгибаться, принимая предопределенные формы, при облучении светом или деликатном нагревании. Устройства из нового материала, в состав которого входит оксид графена, могут «гулять» по поверхности и заворачивать за угол.

Разработка китайских исследователей может найти применение в создании сенсоров, искусственных мышц и деталей роботов.

Бумага на основе оксида графена может захватывать и высвобождать объекты. (Рисунок из Sci. Adv., 2015, DOI: 10.1126/sciadv.1500533)

Переход активных материалов из лаборатории в реальный мир сопряжен с рядом трудностей. Полимерные материалы часто отличаются невысокой устойчивостью, сложностью в их приготовлении, к тому же условия, в которых эти активные материалы «проявляют свою активность», часто отличаются от условий, в которых их хотелось бы использовать. Хонжи Вон (Hongzhi Wang) с коллегами из Университета Донхуа обнаружили, что замена полимерных материалов на графен позволяет избежать проблем, описанных выше. Эластичность, механические и светопоглощающие свойства графена обеспечивают меньшее время реакции на внешнее раздражение, эффективный отклик и возможность дистанционного контроля свойств материала. Важным преимуществом материалов на основе графена является и то, что они могут работать в физиологических условиях, что увеличивает их потенциал.

Для обеспечения эффекта механического сворачивания исследователи нанесли слои оксида графена-полидопамина [grapheneoxide-polydopamine (GO-PDA)] на предварительно изготовленные шаблоны из оксида графена. Слои GO-PDA содержат воду, поглощенную из окружающей среды. Воздействие инфракрасного или видимого света на полученную «бумагу» приводит к испарению воды, которое, в свою очередь, заставляет слои уменьшаться в объеме, что, в итоге, приводит к тому, что материал сворачивается, принимая заданную форму. В отсутствие облучения GO-PDA быстро поглощает воду и бумага разворачивается. «Поделки» из нового материала могут использоваться для того, чтобы захватывать и отпускать соразмерные объекты, полоса из нового материала при облучении вспышками света может имитировать перемещение гусеницы. Таким образом, по словам Вона, его коллеги получили не просто оригами, которые сами сворачиваются в нужную форму, но и сами перемещаются.

Как отмечает Вон, идея решения была дана исследователям самой природой – многие растения, например Mimosapudica, могут закрывать и раскрывать свои листья, реагируя на изменения окружающей среды. Это обстоятельство стимулировало исследователей выяснить – смогут ли они имитировать такое поведение и создать искусственный разумный материал.

Как отмечает Майкл Дики (Michael Dickey), эксперт по изготовлению наноматериалов из Университета Северной Каролины, работа китайских коллег предлагает простое решение в создании пленок, способных к обратимому изменению формы. Он добавляет, что в настоящее время значительный интерес представляют материалы, которые для экономии места можно хранить в плоском состоянии, а придавать им нужную форму уже непосредственно перед использованием, используя простые способы воздействия – например, световое.

Источник: Sci. Adv., 2015, DOI: 10.1126/sciadv.1500533