多孔纳米碳颗粒驱动大尺寸、快速的光机械驱动器

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 15:41
文章英文标题
Porous nanocarbon particles drive large magnitude and fast photomechanical actuators
正文
通过在聚二甲基硅氧烷( PDMS )单层膜中引入多孔碳纳米颗粒( PCNs ),实现了比报道的碳纳米管和石墨烯等含碳纳米结构薄膜更好的近红外驱动光机械驱动。从生物废物源中获得的PCNs为这项工作增加了一个令人兴奋的维度。孔的比表面积( Asurf )受热解温度的控制,在600倍以上变化,对驱动的大小以及光驱动和弛豫过程的时间响应有很大的影响。聚合PDMS的固化剂的用量也有显著的作用。将PDMS薄膜背靠超薄金层可以进一步增强单层薄膜已经实现的显著驱动(因子为2 )。然而,这也为控制驱动方向提供了一种新的方法,对于单层和双层膜来说,驱动方向相反。除了热膨胀系数外,应力-应变测量得到的力学性能和电镜成像得到的薄膜形貌也被用来分析各种观察行为。从图像中发现,PCNs的结晶度对驱动的大小起着至关重要的作用:非晶性质越多,驱动越大。基于对生物工程应用有很大帮助的结果,本文还提出了一种简单的光刺激LED开关。
文章内容(英文)
Better NIR (near infrared)-driven photomechanical actuation than reported for films containing carbon nanostructures such as carbon nanotubes and graphene has been achieved by incorporating porous carbon nanoparticles (PCNs) into single-layer films of polydimethylsiloxane (PDMS). The PCNs being obtained from a bio-waste source adds an exciting dimension to this work. The specific surface area (Asurf) of the pores, controlled using the pyrolization temperature and varying over a factor of 600 is seen to have a strong influence on the magnitude of the actuation as well as the time response of light-driven and relaxation processes. The quantity of the curing agent polymerizing the PDMS also has a notable role. The already significant actuation realized for single-layer films can be further enhanced (factor of two) by backing the PDMS film with an ultrathin gold layer. This addition, however, provides a novel way to control the direction of actuation, being opposite for the single and bilayer films. The mechanical properties obtained from stress versus strain measurements and the morphology of the films as imaged by electron microscopy, besides the coefficient of thermal expansion, have been employed to analyze the various observed behaviors. An important finding from the images is that the crystallinity of the PCNs plays a vital role in the magnitude of actuation: more the amorphous nature, larger is the actuation. Based on the results, which have much for bioengineering applications, a simple photo-stimulated LED switch is also presented.
来源出处
Journal|[J]Journal of Nanostructure in Chemistry2021. PP 1-14
DOI
https://doi.org/10.1007/S40097-021-00414-9

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