近日，我校胡颖研究员在前期柔性智能材料基础上，与哈尔滨工业大学赫晓东教授、彭庆宇教授课题组合作，设计制备了一种基于MXene纳米片的新型柔性光驱动器，并通过在驱动器上安装负载的调节方式，实现了该驱动器在恒定光照下向光变形及连续自振荡运动。相关研究成果以“A MXene-Based Light-Driven Actuator and Motor with Self-Sustained Oscillation for Versatile Applications”为题发表在国际学术期刊《Advanced Functional Materials》上。
向光性变形和自振荡运动都属于生物体进行自我调节的智能运动，在太阳能转化利用、智能机械系统、柔性机器人、驱动马达等领域具有广泛应用前景。虽然这两种运动现象都涉及到刺激-响应过程中负反馈回路的建立，但在人工智能驱动系统中很难同时实现。
针对该挑战，研究人员将Ti3C2TxMXene纳米片与三维结构的纤维素纸、聚酰亚胺（PI）薄膜进行组装，形成具有三层结构的柔性薄膜。基于MXene纳米片的优异光热效应、纤维素的吸湿膨胀以及PI的热膨胀性能，该薄膜驱动器在外部激光的照射下能面向入射光方向弯曲变形，并且其弯曲方向会随着光照方向的改变而实时变化，从而表现出类似于向日葵的向光运动特性。在此基础上，通过在驱动器末端安装负载，可以将驱动器的向光性变形转变为自振荡运动。并且该自振荡运动的频率和振幅可以通过调节入射光功率、驱动器长度和负载的重量进行进一步调节。
该驱动器能将恒定光照转化为连续的机械振荡运动，从而有望作为一种新型的智能马达平台，通过在其负载上安装反射镜、导电线圈、叶片等具有不同功能的附件，实现信息传输、光致发电、多模式智能开关、新型光控引擎等不同的应用。
上述研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省杰出青年科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金等的资助。合肥工业大学硕士生刘金全和哈尔滨工业大学助理研究员徐亮亮为论文的共同第一作者，合肥工业大学胡颖研究员、哈尔滨工业大学赫晓东教授、彭庆宇教授为论文的共同通讯作者。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202310955
图1 MXene复合薄膜驱动器的制备及表征
图2 MXene驱动器在光照下的向光变形及驱动机制
图3 MXene驱动器在恒定光照下的自振荡运动
图4 MXene自振荡器的应用，包括（a-c）在光驱动振荡器上安装的反射镜来调节反射光斑、利用莫尔斯电码编码原理实现信息传输；（d-f）基于振荡器的光驱动发电装置，通过光-机械转换和法拉第电磁感应原理，实现了在恒定光照射下从光能到电能的连续转换；（g-h）仿生蜻蜓在恒定光照下连续扑翼运动
图5 安装在MXene振荡器上的叶片在光照下连续上下扇动