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1、基于选择性手性分布（螺旋形）碳纳米管的基于选择性手性分布（螺旋形）碳纳米管的 photo 致动器致动器(下下)Photoactuators and motors based on carbon nanotubes with selective chirality distributionsXiaobo Zhang1,2,3, Zhibin Yu1,2,3, Chuan Wang1,2,3, David Zarrouk1, Jung-Woo Ted Seo4, Jim C. Cheng1,2, Austin D. Buchan1, Kuniharu Takei1,2,3, Yang Zhao5,
2、 Joel W. Ager3, Junjun Zhang1,2,3, Mark Hettick1,2,3, Mark C. Hersam4, Albert P. Pisano2,5, Ronald S. Fearing1 C 是比热; b 为厚度。SWNT 和 PC 薄膜的计算热时间常数分别是0.04s 和 0.7s。显然，以 PC 层的热容量为主导计算出的响应时间值与实验很好的相匹配，这表明上面所提出的原理是切实可行的（图2c） 。机械模型制作机械模型制作机械建模演示 SWNT 的厚度和最大弯曲角上的最大温度变化的定量研究效果（图 3） 。由于该致动器的械卷曲使机样品接收的非均匀照明， （图
3、 3a） 。根据 Timoshenko 的双金属恒温器方程，我们设计了一种非均匀的光照射与弯曲角度的分析模型（补充说明 2） 。根据模型，可以计算 SWNT 薄膜的厚度（PC 的厚度为 10 毫米）对给定照度的最大弯曲角度的影响。模型与实验结果匹配的很好（图 3b） 。与 SWNT 薄膜的厚度增大到 1m 时的最大偏转，超出这在 SWNT 的厚度进一步增加，具有最小的影响。当 SWNT 薄膜的厚度达到 1m 时最大偏转角增加，厚度超过 1m 影响逐渐减小。研究结果表明，通过简单地调整单壁碳纳米管薄膜与 PC 基板的相对厚度可以高度控制双层膜致动器的变化范围 。我们的致动器的转换效率（定义为ph
4、otoactuation 所产生的弹性能比上入射光的能量）大约是0.01（补充说明 3） 。应该注意的是这种能量转换效率是指内部使双层膜变形做的功，而不是对外部做的功。用户自定义的波长选择性响应用户自定义的波长选择性响应PC/ SWNT 光热致动器的一个独特的特点是通过使用具有不同手性分布的纳米管，驱动器的响应波长范围可调的。已知的是，碳纳米管吸收光的特征是由其手性决定。为了证明这一功能，除了使用Hipco 法合成的手性混合管，我们还使用 98纯度的富金属纳米管（从 NanoIntegris 得到）M11 的吸收峰值在 700nm（纳米管平均直径为 1.4nm） ，和（6,5）的单手性纳米管，
5、如先前所述（purity97）S22 和 S11 的吸收峰值分别为 560 nm 和 970 nm（图 4a，b） 。对于光致动实验，我们使用组合的长波和短波通过的光学滤波器，得到三个 波长分别为 600nm-800nm，850nm-1,050nm 和 1,050nm- 1250nm 的光照。光源的功率校准到保持三个段波长光具有相同的功率。正如预期的那样，的 Hipco 纳米管响应于所有的三个波带（图 4c） ；用 metalenriched(富金属)纳米管致动器是只响应于可见光带 600nm-800nm；单一手性（6,5）纳米管致动器只对 850nm-1,050 nm 的波段响应。依赖于波长
6、的响应也可以由光热测量值明显的看到（补充图 S5） 。由于具有纳米管的光学性能优势，这些特征表现出致动器的有用性和独特性的方面 。最后，我们介绍 PC / SWNT 致动器的实际应用。智能窗帘智能窗帘我们设计一个“智能”的窗帘，通过太阳光照射（图 5）来控制它的打开和关闭。这里，我们在窗帘顶部边缘表面安装一条 PC / SWNT 双层膜。在 Hipco 纳米管基础上制作两种类型的双层膜。结合上面的研究， （图 5a）光照射到双层膜上时它卷起（即，打开） （A型） 。另一个反向工作模式，在没有被光照射时卷曲（打开） ，在光照射时关闭（即，移动到平坦的状态） （B 型） 。为制造 B 型致动器，P
7、C / SWNT，在 70C 下弯曲 12h 使其卷曲到 PC 侧。通过排列窗帘顶部边缘表面安装的 PC / SWNT 双层膜条，得到一种，通过光照射关闭（B 型）或打开（A 型）的窗帘（图 5b，c， 并补充电影 2） 。除了节能窗，这种智能窗帘可以作为伪装使用。致动器和振荡器致动器和振荡器我们制作一个 2cm 大小朝着光照射方向滚动的马达。 该马达是由三块矩形（2cm12.5cm）的 PC / SWNT 膜（25m/1m）组成的圆筒，SWNT 的侧面朝外的。如（图 6a,b）显示，由于光源的照射角度不同，非均匀光照在马达上，导致受光侧的曲率降低 ，也就是，这一区域获取更多的照明从而更趋向扁
8、平化。这会导致马达的重心改变，从而产生力矩驱动马达向平坦的一面滚动，速度为6cm/s（图 6c 和补充电影 3） 。另一方面，摆动轮是用一个横截面是椭圆形的轮制成。在这种情况下，摆动轮在光照下以频率为 2 Hz 的向前和向后摆动（补充电影 4） 。这些例子展示了宏观尺度发动机通过一个单一光源驱动快速机械运动，它只能通过具有快速和可逆的光响应材料来实现。由于循环使用寿命在实际应用非常重要，我们在一台 PC/ SWNT 双层循环进行了 60000 动作测试。没有发生形变，如图补充图 S6 和 补充电影 5。结论结论总之，总之，PCPC / / SWNTSWNT 双层膜双层膜 photoactuat
9、orsphotoactuators 具有独特的光响应性具有独特的光响应性能，可以在室温下简便和低成本的制备。能，可以在室温下简便和低成本的制备。PC/PC/ SWNTSWNT 双层膜同时具有双层膜同时具有快速响应，极高的光灵敏度，大弯曲度和可逆操作这些特性。使用快速响应，极高的光灵敏度，大弯曲度和可逆操作这些特性。使用不同的手性分布不同的手性分布 SWNTSWNT，致动器的响应波长范围可以很容易的操控，致动器的响应波长范围可以很容易的操控，从而开发出色彩制动器。以快速、可逆的光响应性基准，智能窗帘，从而开发出色彩制动器。以快速、可逆的光响应性基准，智能窗帘，快速移动发动机是快速移动发动机是 PCPC / / SWNTSWNT 双层膜两个突出代表性应用。展望未双层膜两个突出代表性应用。展望未来，双层膜致动器可以依据来，双层膜致动器可以依据 SWNTSWNT 和聚合物层的厚度，聚合物的杨氏和聚合物层的厚度，聚合物的杨氏模量进行优化，以实现更大的力的输出，当然这取决于应用需要。模量进行优化，以实现更大的力的输出，当然这取决于应用需要。通过利用在聚合物基体上打印碳纳米管，使用新的工艺方案，这项通过利用在聚合物基体上打印碳纳米管，使用新的工艺方案，这项技术未来可以扩展到重新构造结构这个更复杂制造技术未来可以扩展到重新构造结构这个更复杂制造
