針對此類問題，浙江大學化學系唐睿康、劉昭明團隊在前期發(fā)展的無機離子寡聚體（Nature 2019, 574, 394-398）及有機無機共聚反應(yīng)體系（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2071-2075）基礎(chǔ)上，通過有機無機共聚將親水的碳酸鈣離子寡聚體與疏水的聚偏氟乙烯進行復合，通過有機無機相互交聯(lián)作用成功構(gòu)筑了均勻透明共聚薄膜。薄膜中，無機物保留著離子寡聚狀態(tài)切能大量結(jié)合外來的水分子，使薄膜在潮濕空氣中吸水并膨脹，從而實現(xiàn)對環(huán)境的濕度快速響應(yīng)。同時由于該薄膜結(jié)構(gòu)均一，因而能進行雙向彎曲（圖1）。

圖1. (a)驅(qū)動薄膜暴露在干燥和潮濕棉布上的形狀變化以及結(jié)構(gòu)示意圖；(b)當手指靠近薄膜時其向相反方向彎曲，移除手指后薄膜回歸初始狀態(tài)；(c)高分辨掃描透射電鏡下的復合薄膜。

由于無機離子較有機官能團能與水形成更強的氫鍵，且離子寡聚體由于其小尺寸效應(yīng)能與水分子充分作用的位點，所以共聚薄膜對水分子具有更強的作用力。而薄膜中聚偏氟乙烯疏水組分的存在則有利于水分子在低濕度條件下的排出。這種巧妙的設(shè)計使得該驅(qū)動薄膜對濕度梯度的響應(yīng)速度與靈敏度均優(yōu)于之前報道的其它雙向彎曲的濕度響應(yīng)材料。這樣，有機無機共聚薄膜能夠在濕度梯度很低的冰表面上進行“自運動”(圖2)，將濕度梯度轉(zhuǎn)換為動能，這類新材料為自然能的開發(fā)與利用提供了一種新策略。該研究表明，通過無機離子寡聚體與疏水高分子進行復合可以為智能材料的設(shè)計和制造提供了新的思路，也進一步展示了有機無機共聚在材料制備上的優(yōu)勢。

圖2.(a)距離冰表面不同高度的溫度以及絕對濕度；(b)冰塊上的驅(qū)動薄膜上下兩面處于不同的濕度環(huán)境中；(c)共聚薄膜能在冰表面上實現(xiàn)翻滾“自運動”。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊上。該研究受到國家自然科學基金的資助。論文的第一作者為浙江大學化學系博士生何彥和孔康任，通訊作者是浙江大學化學系唐睿康教授和劉昭明研究員。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202101291

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