智能制造走进上海高校—石墨烯纸

    A图：一只石墨烯纸制作的人工手在光源明灭中抓取了小物件。B图：一个石墨烯制作的微机器人在小管中用14秒受控爬行了几厘米。(资料)

    一张纸，浸上水，会胀开；晒干了，会缩水——若这一过程在几秒之间“快进”完成，那么纸巾就收放自如。记者昨天从东华大学纤维材料改性国家重点实验室获悉，“诺奖材料”石墨烯薄片在光热刺激下，竟像毛毛虫一样自主行走与转向，而用同样材料制成的小手可以抓取物体。

    相关论文“基于折纸技术的石墨烯自折叠驱动装置”日前发表于《科学》杂志子刊，《自然》《科学》网站同时在首页进行报道。哈佛大学、康奈尔大学同行对这种智能可穿戴材料新成果给予高度评价，其应用前景包括变形衣、外骨骼、微机器人等。

    变形灵感来源于折纸艺术

    石墨烯折纸变形的灵感来源于中国古老的折纸艺术。东华大学材料学院先进功能材料研究团队王宏志、侯成义、穆九柯等介绍，他们利用简便的抽滤方法，将氧化石墨烯、PDA-氧化石墨烯的纳米片组装成只有微米厚度的“石墨烯纸”，在温度或光源的控制下，通过纳米层之间的水分子吸附与脱附，这张石墨烯纸就能在3秒之内，迅速折叠成预设的形状，如此反复就按一定方向贴地爬行。

    王宏志表示，这类轻质并且具有柔性的二维材料，对微弱的环境变化也非常敏感，由此可以“编辑”其形态，受控产生形态改变，这使得它们存在多种智能制造的应用可能性。如在服装领域，可用于“变形衣”设计制作，实现服装在腕部、肘部等特定部位的收缩及展开；在军事领域，可以帮助解决士兵“外骨骼系统”机械部件自重过重的问题。此外，在微机器人、太阳能电池板等领域的应用前景也值得期待。

    智能折纸受国外同行关注

    “石墨烯智能折纸”研究还受到美国、英国、德国、印度、巴西、新加坡等十多家海外学术媒体关注，包括电气电子工程师学会(IEEE)、美国化学学会(ACS)、英国皇家化学学会(RSC)在内的诸多国际主流科技组织也相继报道了研究工作。

    来自哈佛大学Wyss研究所的物理学家L·西尔弗伯格表示：“这项工作有两点令人印象非常深刻，一是大多数自折叠材料需要几分钟到几个小时来实现折叠，而现在每件事只需要几秒钟；二是大多数材料在折叠时都是一个连续过程，而现在的材料只能够选择性地折叠与展开。”

    L·西尔弗伯格认为，这种自折叠能力打开了一个完整的材料折纸世界，从智能弹簧到振翅机器，再到石墨烯。

    “从折纸艺术获得灵感对材料进行设计，是当前非常热门的领域。”美国康奈尔大学物理学家I·科恩在《自然》报道中评述说，这项工作对设计单原子层面的折叠非常重要，如果研究者成功达到这个目的，他们将能用制造二维材料时已有的基础和经验，获得多种能够弹起变成三维材料的二维材料。