兰州化物所3D打印纸基光热可逆驱动器件研究取得进展

驱动器是一种能够在外界信号源刺激下产生位移响应或提供力学输出的器件，这种器件将电、热、光等其他形式的能量按照既定程序转化为机械能。近年来，柔性纸基驱动器因其质轻、成本低、可弯折等特点备受关注，但因纸基材料耐水性、耐溶剂性和耐热性较差，如何在纸质基底上制备结构化驱动器件成为制约其发展的瓶颈问题之一。

日前，中国科学院兰州化学物理研究所材料表面界面课题组采用3D打印实现了纸基光热驱动器件的快速制备。研究人员通过在聚乳酸（PLA）中加入具有优异光热效应的多壁碳纳米管（MWCNTs）发展了MWCNTs-PLA复合线材，然后采用熔融沉积（FDM）增材制造工艺在普通办公用纸上打印制备了纸基双层结构驱动器件，并深入研究了驱动器双层结构稳定性，功能层复合材料的打印层厚度和打印层结构设计对驱动器致动效果的影响，以及影响近红外（NIR）光致机械响应行为的因素等。利用3D打印技术自由设计和制造的优势，基于仿生学结构设计原理，研究并模拟演示了仿生花瓣致动器在NIR激光控制下花开花合的可逆过程。

该工作近期发表在J. Mater. Chem. C (2018, 6, 2123-2131)上。不久前，课题组还报道了采用增材制造先进技术进行磁性驱动器件的免装配制造的工作（Adv. Mater. Interfaces, 2017,4, 1700629）。3D打印柔性光、磁等驱动器件构筑方面的工作，为研究和应用智能机械、机器人等，实现其弯曲、变形与货物运送等功能提供了新的构筑方法和解决方案。上述工作得到了国家自然科学基金（51775538，51573199）、甘肃省科技计划（17JR5RA318,1606RJZA051）和中科院“西部之光”人才培养计划项目的资助和支持。

3D打印纸基双层制动器示意图及其仿生花形制动器开合过程