科学家们开发回应溶剂蒸汽的膜

运动人才：由于其毛孔和化学结构，由科学家从Max Planck胶体研究所开发的膜和界面比可比较的执行器更快，更加蓬勃地卷曲。

材料科学家生产了一种膜，当它与来自有机溶剂的蒸汽接触时卷曲很快，模仿对像金星verstrap这样的外部刺激的生物学结构。

现在由与Max Planck胶体研究所和波茨坦的互联界面的科学家合作的团队呈现的人造皮肤培养了意外的力量。研究人员生产了一种膜，当与丙酮等有机溶剂与蒸气接触时，卷曲很快。使用箔 - 哪个专家称为执行器 - 它们可以模仿响应像金星verstrap或冰植物种子胶囊的盖子等外部刺激的生物学结构。他们的执行器尤为接近生物模型，因为科学家们首次将设计原则应用于此类系统的材料科学家首次使用：首先，它们设计了膜，使得顶部很难的方式下面的材料逐渐变得更柔软;并且，第二，箔散布有孔，确保溶剂可以快速进入膜。因此，它比其他执行器更快地响应外部刺激。这种材料可用作机器人的人造皮肤和肌肉，也适用于传感器。

虽然植物没有肌肉，但它们中的许多人都非常动态。例如，冰植物种子胶囊的盖子在湿湿时打开，即当能够使种子茁壮成长的条件。一旦胶囊干燥，盖子再次关闭。该植物具有胶囊盖的巧妙结构，以感谢其成功繁殖的前景。与顶部不同，胶囊的底部可以吸收水并膨胀。然后，如果它们变干，则湿盖子再次打开和折叠。由Max Planck胶体和界面的Max Planck协会的研究组领导者与嘉银元合作的研究团队开发的仿生学执行器，以非常相似的方式。

“我们的膜比以前的聚合物执行器更快地对外部刺激反应的好十倍”，嘉银园说。“而且，它的运动更大。”膜施加一种力，使其能够抬起其自身重量的大约20倍。当科学家们通过它的步伐时，它甚至可以致力于：首先，它们使用液氮将材料冷却两小时，然后将其加热整整一天，加热到200摄氏度，最后，它们将其压力为每平方厘米1吨。虽然膜在这种折磨过程中失去了一些反应速度，但它仍然优于所有类似的聚合物致动器，当它们与液体接触时移动。

毕业交联和毛孔使所有的差异

材料科学家已经采用了不同的方法，以发展表现得像生物模型的仿生致动器。但是，到目前为止，他们没有成功地接近自然模式。与植物的机械部件一样，材料的结构是在这里的差异。“我们的膜具有梯度，即斜坡，在其交叉连接水平并且也多孔，”嘉银园说。“由于这两个结构特征，我们的执行器迅速响应并具有大的运动。”到目前为止，这种致动器由两层吸收不同量的液体组成。这种材料组合只能进行相对较小的运动，也很慢。许多这些系统都非常复杂地产生，并且当它们变得太热或干燥时，其中一些失败。

研究人员通过在相应的溶液中首先从离子聚合物中产生膜来获得特别有效的膜致动器。将具有离子聚合物的潜在连接点的挥霍柱分子掺入该箔中。然后，研究人员使用氨溶液连接分子柱和链，该氨溶液激活柱的连接点。这里的诀窍在于，氨解溶液仅向膜上从一侧置于一个侧面时。因此，解决方案仅从上面逐渐滴入箔片。结果，它与上侧的组件强烈连接，但是较深的溶液穿透膜的较深。此外，氨水水溶液具有额外的效果;它还将毛孔留下在箔片后面。

来自溶剂的蒸气，例如丙酮，通过膜通过孔快速散布。然而，执行器的有机燃料在顶部没有做得很大，这是强烈交叉连接和硬的。然而，它渗透到底部，其活性增加：它溶胀离子聚合物，从而膨胀，从而膜弯曲。

膜也可以区分不同的溶剂

这种致动器可以在所有应用中有用，其中材料必须通过移动来响应外部刺激。例如，像嘉银元和他的团队那样开发的膜，研究人员在Helmholtz-Zentrum Berlin也有贡献，可以为机器人提供人造皮肤和肌肉。其特殊的吸引力在于，没有额外的能量将不得不为运动来消除。这将由刺激本身提供。

研究人员被另一个意外的膜击中了膜，同时他们测试了不同的溶剂，以加速它们的执行器：“该膜以非常特征的方式对我们使用的每种溶剂反应 - 无论是在运动的力量和反应时间方面，嘉银园解释道。“所以它也非常适合用作能够区分不同的有机溶剂的传感器。”

Max Planck在波茨坦的研究人员现在旨在进一步发展他们的材料。它们正在使用致动器，该致动器不是由溶剂而不是光的。在这里，嘉银园也看到了他的研究对象提供的机会之一：“我们希望表明聚偶液液体能够使用其他材料来实现不可思议的应用。”

出版物：强赵等人，“由溶剂分子吸附驱动的即时多响应多孔聚合物致动器，”自然通信5，物品编号：4293; DOI：10.1038 / ncomms5293

图像：胶体和界面的MPI