北京大学在光驱动液晶与微纳复合材料方面取得新进展

近日，美国化学会材料领域的著名杂志ACS Applied Materials & Interfaces以快报的形式刊发了北京大学工学院材料科学与工程系于海峰特聘研究员课题组的论文“Optical Pendulum Generator Based on Photomechanical Liquid-Crystalline Actuators”，报道了他们在光驱动液晶与微纳复合材料的制备与性能方面取得的最新成果。

在众多的智能刺激响应的材料中，液晶材料因其优异的性能引起了材料学家的广泛关注。通常液晶材料具有自组装性、流动性和长程有序性、分子协同效应、各向异性的物理性能（包括：光学、电学、磁学等）和在聚合物的表面或外场作用下的取向发生变化等特性。液晶与微纳复合材料（Liquid Crystal and Micro/Nano Composite Materials）可以将纳米材料的表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性与液晶材料融合在一个体系中，并且通过适当的手段可以获得更加新颖的性能。

本研究将铜线圈引入到光驱动的液晶与微纳复合材料的薄膜一端，使其在运动过程中切割磁力线，根据法拉第定律产生电流，首次实现了光-机械-电能的转换。这为光能特别是太阳能的利用提供了一条有用的路线，也可以为微机电系统（MEMS）等微型器件提供能量。

另一方，研究团队将光响应性的小分子材料涂覆在通用的高分子低密度聚乙烯 (LDPE)的,制备了具有双层结构的复合材料薄膜。这种薄膜不需要进一步交联处理就具有液晶弹性体类似的性能，可以实现光诱导弯曲，且弯曲方向为朝向光源。由于基材 LDPE 的透明性使得研究者可以用两束光来精确控制它们的弯曲程度，甚至可以实现超过360度的卷曲，并且这种卷曲运动是可逆的。这为全塑料型的光驱动器件的制备提供了很好的材料基础。该论文“Precise Actuation of Bilayer Photomechanical Film Coated with Molecular Azobenzene Chromophores”作为当期杂志的封面文章发表在高分子材料领域的著名杂志Macromolecular Rapid Communications。

该项工作的合作者为西南科技大学的刘剑教授，并得到中组部青年千人计划、国家自然科学基金委优秀青年基金等资助。

基于光驱动液晶与微纳复合材料实现了光-机械-电能的转换