顆粒在線訊：具有環(huán)境刺激響應(yīng)性的柔性智能驅(qū)動器在機械、生物醫(yī)藥、傳感器、人工肌肉和機器人等領(lǐng)域頗具應(yīng)用潛力。中國科學院青島生物能源與過程研究所代謝物組學研究組受到松果球鱗片濕度響應(yīng)性形變現(xiàn)象的啟發(fā)，利用木質(zhì)素粘合策略，構(gòu)建出新型的納米纖維素基柔性智能驅(qū)動器。

　　為了實現(xiàn)快速和多重刺激響應(yīng)，制備柔性驅(qū)動器的典型方法是設(shè)計雙層、多層或各向異性結(jié)構(gòu)，以將尺寸變化轉(zhuǎn)換為預(yù)期的運動以響應(yīng)外部刺激。其中，二維雙層異質(zhì)膜具有非對稱的吸濕性、導(dǎo)電性或光學特性，引起廣泛關(guān)注。然而，傳統(tǒng)的異質(zhì)膜制備需要加入特殊界面，或進行復(fù)雜的化學反應(yīng)等，制備成本較高。事實上，在自然界中，掉落的松果球的鱗片（由于其中纖維素的吸濕性和鱗片的特殊結(jié)構(gòu)）會隨環(huán)境濕度的變化而產(chǎn)生開合運動。受到這種自然現(xiàn)象的啟發(fā)，研究可以利用纖維素來制備環(huán)境響應(yīng)性柔性驅(qū)動器。而纖維素基的驅(qū)動器由于纖維素表面大量親水基團的存在不耐水，層間結(jié)合差，更不能在潮濕環(huán)境下使用。

　　在植物細胞壁中，木質(zhì)素作為天然粘合劑，其疏水結(jié)構(gòu)骨架（苯丙烷聚合物）賦予植物纖維管束組織良好的抗水性。受此啟發(fā)，科研人員在前期建立的納米纖維素清潔制備和應(yīng)用研究的基礎(chǔ)上（Carbohyd. Polym., 2019, 209, 130-144，入選高被引文章；ACS Sustain. Chem. Eng., 2019, 7, 1327-1336，封面文章；J. Hazard. Mater., 2020, 400, 123106），以煙桿為原料，經(jīng)甲酸水解法制備出含有木質(zhì)素的纖維素納米纖絲（LCNF），而后利用LCNF分散液制備得到含有木質(zhì)素的纖維素納米紙（CNP），由于木質(zhì)素的存在，所得CNP的耐水性和濕強更高【濕拉伸強度達83MPa（J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 13021-13030，封底文章）】。

　　在該含有木質(zhì)素的CNP濕膜上再抽濾一層氧化石墨烯（GO），干燥后可制得具有GO/CNP雙層結(jié)構(gòu)的異質(zhì)膜。由于木質(zhì)素的存在和粘合作用，兩層結(jié)合緊密，且具有良好的耐水性和水相穩(wěn)定性。研究再將GO/CNP干膜浸漬于抗壞血酸水溶液中做還原處理，可將GO層清潔還原為還原氧化石墨烯（rGO）層，干燥后得到rGO/CNP雙層結(jié)構(gòu)的異質(zhì)膜，該膜同樣具有較好的耐水性和水相穩(wěn)定性，且CNP層中適量羥基的吸、失水引起的CNP層的潤脹和收縮，可賦予該異質(zhì)膜的記憶性形變特性（類似松果球的鱗片隨環(huán)境濕度變化的開合運動）。同時，由于rGO層具有較好的光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)和焦耳熱效應(yīng)，使該異質(zhì)膜兼具有很好的近紅外光響應(yīng)性和電驅(qū)動性，其電驅(qū)動響應(yīng)速度可達1.875°/s/V，是文獻報道的具有同等重量的同類碳/聚合物基柔性驅(qū)動器電驅(qū)動響應(yīng)速度的最高值。此外，該異質(zhì)膜設(shè)計制備簡單，層間不需要加入任何助劑，易于大面積制備，克服了常規(guī)異質(zhì)膜層間結(jié)合弱的問題，具有優(yōu)異的使用耐久性和循環(huán)使用性（耐折度>1000次，濕度穩(wěn)定，耐久電驅(qū)動性>500個循環(huán)），在驅(qū)動器和智能器件的開發(fā)領(lǐng)域頗有應(yīng)用前景。

　　該研究利用木質(zhì)素的界面粘合作用來組裝多重刺激響應(yīng)性異質(zhì)膜的策略，可為新型智能柔性驅(qū)動器的設(shè)計和構(gòu)建提供重要借鑒，且木質(zhì)纖維原料的有效利用更符合人類社會的可持續(xù)發(fā)展。相關(guān)研究成果發(fā)表在Chemical Engineering Journal上。研究工作得到國家自然科學基金、山東省自然科學杰出青年基金和青島能源所自主部署基金等的支持?！　?/p>

青島能源所利用木質(zhì)素粘合策略構(gòu)建納米纖維素基柔性智能驅(qū)動器