寧波材料技術(shù)與工程研究所肖鵬副研究員、陳濤 研究員團(tuán)隊(duì)在《Acc. Mater. Res.》期刊發(fā)表名為“Carbon-Based Janus Films toward Flexible Sensors, Soft Actuators, and Beyond"的論文，研究總結(jié)了小組在碳基Janus薄膜方面的重要進(jìn)展，并討論相關(guān)的重要報(bào)告工作。

首先介紹了常用的碳納米材料的基本特性，然后討論了高性能碳基Janus薄膜的一般制備策略，包括固體支持的物理/化學(xué)方法和基于液體支持的界面策略。其中，我們仔細(xì)介紹了兩種功能成分的典型組合，以獲得和協(xié)同的特性。基于組合的可設(shè)計(jì)功能，將詳細(xì)討論針對(duì)傳感器、致動(dòng)器、自感應(yīng)致動(dòng)器等的生物啟發(fā)人工皮膚。最后，將提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)接口和綜合功能方面的挑戰(zhàn)和前景。期望該研究能讓人們更好地了解碳基Janus功能膜的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和挑戰(zhàn)，以及它們?cè)谥悄軝C(jī)器人發(fā)展中的巨大潛力。

生物啟發(fā)的碳基Janus薄膜在柔性傳感器、軟執(zhí)行器及其集成裝置等前沿領(lǐng)域的進(jìn)展。在這個(gè)報(bào)告中，首先討論了各種碳納米材料的一般特性，然后介紹了通過(guò)固體支持的物理和化學(xué)方法制備碳基Janus薄膜的典型策略，并進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了新開(kāi)發(fā)的基于液體支持的大面積、超薄和均勻薄膜的界面工程技術(shù)。同時(shí)，還詳細(xì)討論了Janus薄膜的制備過(guò)程和內(nèi)在特性之間的關(guān)系。然后，還展示了仿生電子表皮、軟驅(qū)動(dòng)和自感應(yīng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用。具體來(lái)說(shuō)，我們主要關(guān)注基于空氣/水界面策略的Janus薄膜在高性能表皮電子、非接觸傳感、光控執(zhí)行器和自感仿生魚(yú)鰾方面的應(yīng)用。

盡管已經(jīng)付出了巨大的努力，但仍然存在一些挑戰(zhàn)。首先，對(duì)于碳納米材料的生物毒性，仍然沒(méi)有確切的答案。為了減少毒性的風(fēng)險(xiǎn)，用生物相容性的材料進(jìn)行復(fù)合和封裝設(shè)備預(yù)計(jì)將成為替代戰(zhàn)略。通常情況下，需要一個(gè)強(qiáng)大的兩相結(jié)構(gòu)界面，以確保穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)行為和高度可靠和準(zhǔn)確的感應(yīng)反饋信號(hào)。替代方法包括構(gòu)建有效的互鎖界面，形成共價(jià)相互作用，以及物理和化學(xué)策略的結(jié)合。

此外，當(dāng)暴露在惡劣的環(huán)境中時(shí)，碳基Janus薄膜應(yīng)被積極賦予特定的功能，如自我修復(fù)、耐磨、耐高溫和抗霜凍。同時(shí)，賦予碳基Janus薄膜以多功能，對(duì)于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的智能軟體機(jī)器人系統(tǒng)具有重要意義。此外，一些合理的工程策略是非常可取的，以確保有效的功能協(xié)同，以及在多變的環(huán)境下以無(wú)錯(cuò)誤的方式執(zhí)行動(dòng)作的能力。同時(shí)，在Janus薄膜上追求高性能設(shè)備（如高精度、位置識(shí)別傳感器和可編程多級(jí)執(zhí)行器）的良好控制模式，是非常可取的。最后，結(jié)合的原位印刷和卷對(duì)卷技術(shù)深入開(kāi)發(fā)界面策略，有望成為實(shí)現(xiàn)新的傳感和/或致動(dòng)功能以及相關(guān)的軟機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)有前途的途徑。

來(lái)源：傳感器專(zhuān)家網(wǎng)