學者開發可設計性構造紅外光驅動功能微機器人

近日，暨南大學化學與材料學院副教授王吉壯、教授李丹團隊與合作者，開發了一種通過體相異質結有機半導體太陽能電池的旋涂技術可設計性構造光驅動功能微機器人的新方法，能夠在各種維度結構（0D、1D、2D、3D）上實現高效光驅動功能微機器人的設計構造。相關成果發表于《先進材料》。

該研究中，研究人員將高效光電轉換性能的體相異質結有機半導體太陽能電池與靈活構造的旋涂技術相結合，可以將不同結構的惰性模板，包括各種維度結構（0D、1D、2D、3D），進行旋涂活化，從而實現隨意構造的光驅動功能微機器人的全新設計方法。該微納機器人的驅動機制主要依靠近紅外光激發的光電化學反應所引發的自擴散泳驅動。具體來說，涂層薄膜通過吸收NIR光，驅動光電化學反應，進而擴散形成離子濃度梯度，從而推動微納機器人的運動。這種自擴散泳動機制使得微納機器人能夠在NIR光照下實現高效的定向運動。

該方法利用旋涂技術可將近紅外響應的體相異質結有機半導體太陽能電池溶液涂覆在任意惰性結構上，從而賦予其運動能力。由于涂層薄膜極其纖薄，原始物體的形態和功能得以保留，實現了功能與結構的完美融合。不同維度的微納機器人在不同應用領域中展示出顯著優勢。0D微納機器人：適用于活性晶體的生成；1D和2D微納機器人：在微塑料捕捉和管道模型中的貨物運輸方面表現優異；3D微納機器人：具有光控導航能力，能夠在復雜環境中實現精確的光學操控和導航。

該工作開發了一種全新的構筑策略，通過旋涂技術利用體異質結有機光伏（OSC）結構，任意構建從0D到3D的微機器人。在近紅外照射下，這些基于OSC的微機器人展示了多種自驅動運動行為。研究發現，不同的結構設計會引發不同的運動模式，包括定向運動和旋轉運動，尤其是在具有多重旋轉對稱結構的微轉子中觀察到了運動行為的轉變。

此外，該方法能夠根據特定功能需求實現定制微機器人的構筑：0D微機器人可用于誘導活晶體形成，1D和2D微機器人用于去除微塑料，微轉子用于精確的齒輪嚙合和貨物運輸，而3D納米樹機器人則展示了趨光導航的能力。旋涂體相異質結OSC技術還可拓展至其他的有機半導體體系，體現了其廣泛的適用性，其特異性的功能化應用突顯了光驅動微納機器人在多個領域中的潛在應用前景。

相關論文信息：https://doi.org/10.1002/adma.202402482