刺激响应型石墨烯材料的研究新进展

石墨烯是一种具有六角型蜂巢状晶格的二维碳纳米材料,它由碳原子以sp2电子轨道杂化形成,它的高比表面积以及优良的力学、电学、光学和热学性能使它成为智能材料的基本构筑单元。利用具备特定功能的聚合物、小分子或者纳米粒子对石墨烯进行修饰或者杂化,得到具备相应刺激响应性能的石墨烯材料,与传统的刺激响应型高分子材料相比,它具备更佳的力学性能以及更好的环境稳定性,有望在致动器、传感器、自愈合材料、光热治疗以及可控药物输送等方面得到应用。本文简要概述了近年来利用对温度、pH、电、光以及有机分子等刺激响应的聚合物和小分子化合物对石墨烯进行修饰,并赋予其智能响应特性的方法以及相关应用研究,分析了现有智能响应石墨烯材料的不足,展望了其未来的应用前景以及发展方向。     

本征导电聚合物的智能性

在化学掺杂或电化学掺杂过程中，性质发生可逆性变化的本征导电聚合物是一种潜在的智能材料，可望实现或部分实现传感、处理和执竽功能，适于制成电机执行器、智能窗、化学分离与释放体系、传感器和非线性光学器件等。     

可逆Diels-Alder反应

通过高效的反应精确合成功能分子已成为现代化学发展的趋势之一。基于呋喃/马来酰亚胺(MI)之间的Diels-Alder(D-A)反应作为一种高效的和高选择性的点击反应,克服了铜催化的叠氮/炔之间的1,3-偶极环化加成(CuAAC)反应中引起的金属污染等缺点,为生物医药载体、功能性材料的制备提供更可行的途径。同时,呋喃/MI之间的D-A反应具备原料易得、反应条件温和及易发生retro D-A(rD-A)反应等优点,在制备响应性材料领域备受关注。本文综述了近年基于呋喃/MI的可逆D-A反应在响应性聚合物合成、智能材料、生物分子及表面修饰等方面的应用,并展望了D-A反应的发展前景。     

高分子材料图案记忆表面

微纳米图案赋予了材料表面独特的光学、电学、声学、力学以及生物学等特性,其中具有动态变化形貌的表面图案能够实现对材料表面性能原位实时调控,可用于构建智能表面.能够改变临时拓扑形貌并在外界刺激下恢复初始状态的一类动态表面材料称为图案记忆表面(pattern memory surface, PMS).PMS在浸润性调节、智能显示、电子器件和信息安全等多个领域具有重要的应用前景,涉及化学、物理、材料和生物多个学科交叉领域,是智能材料研究热点之一.然而,由于基底材料对高分子链在微观尺度上的运动具有束缚作用,如何构筑动态可调的拓扑形貌记忆表面一直是该领域面临的难题.基于此,本专论试图定义高分子材料图案记忆表面特征,并总结PMS有关研究的新进展.重点讨论基于褶皱图案构建PMS的优势,进而介绍了PMS作为智能材料在动态光栅、防伪、反射式显示、细胞培养等领域的应用,同时展望PMS的发展前景.     

美国研制出“机器蝙蝠”微型飞行器

据《生命科学》杂志报道，这个“机器蝙蝠”只有手掌大小，拥有形状记忆合金的节状四肢以及用智能材料制作的“肌肉”，由北卡罗来纳州立大学的研究人员研制．它是用于侦察或者收集其他信息的绝好的微型飞行器．它不足6g，感觉像羽毛一样轻．     

梁板结构埋入压电片的深度和厚度优化研究

根据梁的弯曲变形理论，以及压电材料的压电效应，对压电复合材料梁结构的应变和应力状态进行了分析。推导了压电材料埋入梁结构时其埋入深度和压电材料本身厚度的优化目标函数。根据优化目标函数，绘制出了在给定的基体材料和压电材料弹性模量比之下，压电材料的驱动力矩随埋入深度和压电材料厚度变化的三维曲面和等高线图，直观地表示出了埋入型压电材料智能结构获得最佳驱动力矩的配置方案。同时也分析了结构和压电材料两者的弹性模量之比对其结果的影响。结果表明，压电材料对于结构的作动力矩与其埋入基体材料的深度、本身厚度以及基体材料和压电材料的弹性模量之比都有着密切的联系。同时将结果也推广到了压电板结构，此时压电材料和基体材料的泊松比时其结果也有一定的影响。     

光致形变液晶高分子

交联液晶高分子兼具液晶的各向异性和高分子网络的弹性,并且具有优异的分子协同作用.在交联液晶高分子中引入光响应基团,例如偶氮苯后,即可赋予其光致形变性能,利用分子协同作用可以将光化学反应引起的分子结构变化放大为宏观形变,从而将光能直接转化成机械能.通过合理的分子结构和取向设计可以使液晶高分子产生诸如伸缩、弯曲、扭曲、振动等多种形式的光致形变,并用于各类光控柔性执行器件的构筑,在人工肌肉、微型机器人、微量液体操控等领域呈现出独特的优势和广阔的应用前景.本文总结和评述了光致形变液晶高分子的研究,包括材料结构对光致形变性能的影响、新型可加工光致形变材料的研究、利用可见光和近红外光触发形变的策略,以及光致形变液晶高分子微执行器在微量液体操控中的应用,最后展望了该领域的发展方向.     

智能材料——材料科学发展新趋势

材料的智能化代表了材料科学发展的最新方向，智能材料的研究主要是依照仿生学方法，采用各种先进复合技术，实现复杂材料体系的多功能复合，并最终实现材料智能能化和器件集成化，文章在简要介绍有关材料概念的基础上，总结了智能材料的设计思想，路线及合成技术途径，综述了最近国内外有关智能材料的发展动向及研究进展，指出了一些应用背景及现在面临的问题。     

基于光时域反射技术与缠绕式光纤传感陈列的结构状态监测方法

提出了一种新颖的、利用多模光纤缠绕钢绳式的传感阵列网络,对智能材料与结构的受力、应变等状态参量进行了监测和估计,并采用了光时域反射技术实时处理并行分布式传感信号,给出了测试数据、识别结果.     

基于光时域反射技术与缠绕式光纤传感阵列的结构状态监测方法

提出了一种新颖的、利用多模光纤缠绕钢绳式的传感阵列网络, 对智能材料与结构的受力、应变等状态参量进行了监测和估计, 并采用了光时域反射技术实时处理并行分布式传感信号, 给出了测试数据、识别结果