Новости химической науки > 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

метки статьи: #графен, #молекулярные устройства, #нанотехнологии, #химия поверхности, #химия полимеров