在自然界中，大部分植物都會向光生長。作為向光性植物的典型代表，向日葵不僅可以感知陽光的方向并隨之響應，而且可以自發不斷地緊緊追蹤陽光運動，表現出了一種自我調節的生物智能。近年來，如何設計和開發仿生向日葵的向光性智能材料成為世界各國材料科學家競相關注的焦點。
日前，天津大學教授封偉團隊受自然界向日葵向光特性啟發，成功開發了一種能“追光”的智能新材料——基于MXene增強液晶彈性體的仿生向日葵管狀液晶驅動器。相關成果已發表于國際權威期刊《先進功能材料》。
研究成果示意圖 天津大學供圖
據封偉介紹，液晶彈性體是一類優異的智能高分子材料，兼具聚合物彈性和液晶各向異性，同時具有多刺激響應性、類似肌肉的機械性能、可逆驅動變形以及形狀可編程等性能，在仿生智能材料、人工肌肉和自適應系統等領域均具有廣泛的應用前景。
在研究中，封偉帶領團隊設計并制備了一種可光聚合的二維MXene納米單體，通過原位光聚合到主鏈型交聯液晶彈性體中，極大增強了材料的機械性能并賦予其優異的光驅動能力。這種新材料能夠像植物莖一樣向光照射的方向彎曲，還具備在三維空間內所有角度快速感知、連續跟蹤和自適應地與入射光相互作用的能力，實現了類似向光性植物的自適應光源精準追蹤。
“作為概念驗證演示，我們用這種新材料制備了一個‘仿生向日葵’，它能夠實時迅速追蹤不斷變化的非聚集光源。”封偉表示，
這項研究不僅為開發兼具感知、自反饋和執行功能的軟物質智能材料提供了新思路，還有望為高分子智能材料在自適應光電子學、智能軟機器人等領域的應用研究奠定基礎。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adfm.202201884
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