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有望用于制作人造肌肉和傳感器等 南大利用花粉顆粒制“紙”

2021 年 3 月 12 日 中原教育文萃之陶版主

南大研究團隊利用向日葵的花粉,經過表層脫脂、堿性溫孵,將堅硬的花粉顆粒制成柔軟的微凝膠,再使其幹燥成型,改變花粉的特性及對外在刺激的反應,制成類紙材料。

南洋理工大學研究團隊利用花粉顆粒制成可隨環境濕度彎曲或伸直的類紙材料,有望用于制作機械作動器、傳感器、人造肌肉等,南大校長蘇雷什也參與了這項科技研發。

南大研究團隊利用向日葵的花粉,經過表層脫脂、堿性溫孵,將堅硬的花粉顆粒制成柔軟的微凝膠,再使其幹燥成型,改變花粉的特性及對外在刺激的反應,制成類紙材料。

通過掃描式電子顯微鏡,可觀察到花粉紙中有花粉顆粒的交替層,上層因花粉殘留物而顯得十分粗糙,下層則像鏡面一般光滑。也正因上下兩層結構上的不同,才使得花粉紙在受潮時可彎曲,而幹燥之後又恢複平整。

南大化學與生物醫學工程學院助理教授宋周夏說:“由于交替層結構不同,花粉紙在吸收水或水蒸氣的過程中,不同部分的膨脹程度也不同,這就造成花粉紙內部壓力不一,最終迫使紙張産生彎曲。”

南大校長、材料科學與工程學院的蘇布拉·蘇雷什教授(Subra Suresh)說:“目前已有許多受生物啓發而開發出的工業合成傳感器和作動器,但大部分不利于環境可持續性,或造價過高,因此仍須找到既環保又省錢的材料。南大團隊用自然遺落的花粉制成的花粉紙,可如作動器般對環境濕度的變化做出反應。”

南大材料科學與工程學院趙南俊教授也指出,如此加工制成的花粉紙及其制品,將不再具有致敏性。

三位教授與其研究團隊研發花粉紙的成果,已在上周的《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)上刊登。

爲展示花粉紙的延展和彎曲特性,南大團隊進行了兩組不同的實驗。一是用花粉紙做成一朵紙花,將花根插在水中,紙花吸水後緩緩綻開。二是通過不斷讓花粉紙變濕潤或變幹燥,使循環彎曲和伸直的花粉紙像蠕蟲一樣,慢慢爬行,證明了花粉紙對于環境濕度變化的敏感性,以及以此制作作動器,和軟性機器人的可行性。

蘇雷什教授說:“我們研發的花粉紙,在濕度的變化下,表現出了極強的機械作動性。這一自然原料展現了利用定制材料,爲不同功能需求,制造多種不同作動系統的可能性。”

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