生物灵感材料可以追随太阳

来自哈佛大学的一个团队发明了灵活的材料，可以自动响应光线和其他刺激，为太阳能电池板跟随太阳铺平了道路。研究人员开发出了新的生物启发材料，可以响应不同的刺激而移动。这种被称为液晶弹性体(LCEs)的材料可用于开发可自动旋转以跟随太阳的太阳能电池板，以及应用于机器人，粘合剂和其他下一代应用。

哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院科学家研究的关键是磁场，他们用它来控制LCE的分子结构。根据Wyss的新闻报道，通过这种方式，他们创造了微观的三维聚合物形状，可以根据多种类型的刺激进行编程，以便在任何方向上移动。

“这个项目的关键在于我们能够通过在3D空间中任意方向对齐液晶来控制分子结构，使我们能够将几乎任何形状编程到材料本身的几何形状中，”Yuxing Yao，毕业生说道。在Wyss教授Joanna Aizenberg实验室从事研究工作的学生。

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橡胶状高分子材料

LCE是含有液晶化合物的橡胶状聚合物;它们控制着材料可以移动和拉伸的方向。它们受到自然灵感的启发，例如壁虎脚垫。壁虎脚垫是粘性的，覆盖着刚毛 - 微观，毛发结构，因为它们具有很高的柔韧性以及它们的化学和物理成分，这就是为什么蜥蜴可以轻松地伸缩和抓住墙壁和天花板的原因。

研究人员最终的目标是开发灵活且灵活的LCE。然而，到目前为止，研究人员已经设法开发出只能在一维或两维中变形的合成LCE，这限制了它们在整个空间中移动并呈现不同形状的能力。

哈佛团队现在已经克服了这一挑战，其中微观结构由LCE构成，这些LCE铸造成可以响应热，光和湿度而变形的形状。研究人员说，他们的具体重新配置是由他们自己的化学和材料特性控制的。

他们通过在合成时将LCE暴露于磁场来实现其结果。这使得LCE内的所有液晶元素沿着该磁场排列，即使在聚合物固化后也保持这种结构。

研究人员表示，通过在此过程中改变磁场的方向，科学家们可以控制当加热到破坏其结构方向的温度时，所产生的LCE形状如何变形。此外，当形状恢复到环境温度时，它们恢复其初始的固有形状。

该团队还通过在聚合过程中将光敏交联分子整合到结构中，对其LCE形状进行编程，以响应光线重新配置。

这导致一种结构 - 一旦从某个方向照射 - 将在其面向光的一侧收缩，导致整个形状朝向光弯曲。这最终使得LCE能够通过不断地重新定位自己以自动跟踪光线来响应他们的环境。

研究人员表示，对LCE中描述的形状变化进行编程可以用于许多应用。也许最有趣的是，这些材料可以用来设计太阳能电池板，转向跟随太阳 - 就像向日葵一样自然 - 以提高能量捕获。

其他用途包括加密信息的创建，加密信息仅在加热到特定温度时显示，微型软机器人的执行器或粘性材料 - 其粘性可以打开和关闭，姚说。该技术还可以构成自动源跟踪无线电，多级加密，传感器和智能建筑的基础。

研究人员在PNAS期刊上发表了一篇关于他们工作的论文。