克日，来自荷兰埃因霍芬理工大学的荷兰皇家科学院院士Dirk J. Broer教授课题组和美国肯特州立大学的Robin L. B. Selinger教授课题组相助，通过对偶氮苯衍生物举行修饰，获得了顺式到反式热弛豫历程较快的衍生物，掺杂形成的高分子薄膜可以在紫外光作用下爆发一连、定向的宏观爬行运动，它最终可以用于在难以靠近的空间内运输小物体等。该研究以Making waves in a photoactive polymer film为题揭晓在Nature上。
差别形状的紫外响应质料运动情形。
那么这种高分子薄膜是怎样爬行的呢？首先来看看作者接纳了何种偶氮苯衍生物。作者凭证已有的可以缩短热弛豫时间的战略，合成了两种偶氮苯衍生物：分子I可形因素子间氢键，分子II在偶氮双键邻位有一个酚羟基。随后作者检测了这些分子顺式到反式的热弛豫速率，效果发明未修饰的偶氮苯衍生物A6MA弛豫最慢，常温下大于1小时，而商用的偶氮苯衍生物DR1A弛豫最快，30 ℃时弛豫时间不到1秒，修饰后的分子I和II的弛豫速率显着加速，且随着温度升高，弛豫时间呈指数缩短（下图）。这些数据批注对偶氮苯衍生物举行结构修饰确实可以加速其热弛豫历程。
差别的偶氮苯衍生物单体及其热弛豫时间随温度的转变。
接下来，作者划分将这两种偶氮苯衍生物（7 mol%）与单烯烃液晶分子RM23（42 mol%）、双烯烃液晶分子RM82（50 mol%）混淆，并在1 mol%光引发剂引发下聚合获得薄膜质料，并在聚合之前控制单体的排列方法获得了一种偶氮苯衍生物分子在一侧平行排列、另一侧笔直排列（均相关于薄膜长度偏向）的高分子薄膜。他们将薄膜一端牢靠，用紫外光照射另一端，发明含有A6MA薄膜在紫外光照射后会弯曲，可是关掉紫外光后，该薄膜很难恢复；而含有分子I或II的薄膜随着光照开关会连忙爆发弯曲和恢复（详见视频2）。这是令人意外的地方，由于常温下这两个分子的恢复时间应该远大于实验中视察到的时间，作者以为这可能是由于紫外光照导致薄膜局部温度升高，从而缩短了分子的弛豫时间，事实上，通过检测发明薄膜的温度可以在照射历程中升高至85 ℃，这个温度下，分子I和II的弛豫时间划分降低至低于2秒和1秒。看成者用紫外光中止照射薄膜时，一只人造高分子“毛毛虫”泛起了。
掺杂差别分子的薄膜紫外光响应情形。
当薄膜两头都牢靠在基底上并用紫外举行照射时，薄膜会爆发一种蛇形的一连波，同时这种波的频率和偏向与薄膜接受光照的面的偶氮苯衍生物排列有关——当平行面接受光照时，波向着光照偏向运动，波动频率高达2.5 s-1；当笔直面接受光照时，波逆着光照偏向运动，波动频率仅为0.8 s-1。详细缘故原由如下：光照时平行排列的分子导致薄膜沿长度偏向强烈缩短，因此光照部位向下弯曲；笔直排列的分子使薄膜沿厚度偏向强烈缩短。由于形变导致的自遮蔽效应使得差别部位交替接受光照，从而爆发了一连的波动。同时，光照的角度以及强度都影响着波动的频率。别的，与前期作者的意料一致的是，光照的部位温度显著升高，薄膜的各处的温度转变与波动完善吻合。
薄膜各处在紫外光照下的温度转变趋势，分子平行面受光（a、b），分子笔直面受光（c、d），黑、红、蓝划分体现1、2、3处的薄膜温度。
为了进一步研究薄膜爆发波动及决议波动速率、偏向的机理，作者接纳有限元弹性动力学剖析研究了薄膜在光照下的波动情形，模拟效果批注光诱导的振荡、自遮蔽效应和力学限制足以爆发实验中视察到的一连波动。
有限元弹性动力学剖析与实验效果。
实验效果批注这种薄膜可以用于运输种种物体，未来在小物体运输、光-力转化装备及自清洁装备领域具有辽阔的应用远景。
论文链接：http://www.nature.com/nature/journal/v546/n7660/full/nature22987.html?foxtrotcallback=true