吉大张永来、清华孙洪波合作：利用飞秒激光“双三维”加工实现材料智能化

来源：高分子科学前沿

智能材料的概念是20 世纪 80 年代中后期由美国和日本科学家先后提出的，被认为是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料。其中，能够将环境刺激转化为机械形变的智能材料对于开发智能微纳机器人和微机电系统等前沿器件意义重大。然而，智能材料的高精度加工与三维成型并非易事，这限制了智能材料在微纳机器人领域的应用。吉林大学张永来教授、清华大学孙洪波教授团队结合飞秒激光加工的方法，设计了一种“双三维”加工技术，能够在任意三维微纳结构成型的同时，实现普通光聚合物材料的智能化，开拓了微纳智能器件制备的新方法。所谓“双三维”加工既是利用飞秒激光加工技术对器件的外部三维形貌（外部轮廓）以及内部三维材料特性梯度（光交联密度）的灵活调控，一步制备三维智能微纳器件（图一）。

图一、飞秒激光“双三维”加工原理示意图

飞秒激光逐点直写的加工方式和超快、超强、超精细的技术特点为飞秒激光“双三维”智能制造提供了可行性，有望发展成为先进的智能制造技术。飞秒激光“双三维”加工，一方面可以解决现有加工技术与智能材料之间“兼容性”的难题，实现各种智能材料的器件化制备；另一方面，也可以一步实现单一材料的智能化与器件化，彻底解决双层/多层刺激响应型智能器件的缺点。除此之外，飞秒激光三维可设计加工、高精度、高空间分辨率等优点允许微纳米尺度三维智能器件的制备与集成，直接贡献于三维微纳机器人、智能生物芯片、智能仿生系统等智能器件的开发

利用这一巧妙的加工设计方法，作者制作了包括智能花瓣、微型响应阀门、和智能机械手装置（图二）

图二、智能响应机械手的加工结构示意图以及实物展示结果

这一研究成果以“Dual-3D Femtosecond Laser Nanofabrication Enables Dynamic Actuation”为题，近期发表在ACS Nano杂志上，张永来教授为文章第一作者。