国际顶刊+ 2！赋予机械手多功能感知、可调控生物液晶生长！
近日
高等技术研究院戴世勋团队
和物理学院林冬冬博士
在电子皮肤和生物液晶上取得了新的突破
先后在国际顶级学术期刊
《Advanced Materials》上发表论文！
让我们一起来看看吧~
01
高等技术研究院戴世勋团队
赋予机械手多功能感知能力！
智能材料及其光电子器件已经发展成为引领未来的新兴战略性技术。近年来宁波大学高等技术研究院红外材料及器件实验室积极布局拓展基于多学科交叉的硫系光电子器件前沿基础研究。近日团队康世亮副研究员、林常规研究员、戴世勋研究员和深圳大学郑壮豪研究员合作在国际顶级学术期刊《Advanced Materials》发表了题为“Ultraflexible Temperature-Strain Dual-Sensor Based on Chalcogenide Glass-Polymer Film for Human-Machine Interaction（基于硫系玻璃聚合物膜的超柔性温度-应变双传感器）”（2024, 36, 2313101. IF=29.4）的研究论文。该文章以宁波大学为第一完成单位，深圳大学为合作单位，宁波大学博士研究生傅燕青为第一作者。
具有温度和应变传感能力的电子皮肤可以检测和量化环境中的温度变化和机械形变，可用于可穿戴设备、机器人、人机界面和医疗保健的体感系统等领域，引起了人们的广泛关注。然而，目前的电子皮肤需要集成多个单一功能的传感器来实现多功能检测，这受到了制造工艺复杂和成本高昂的困扰。因此，在广泛应用之前，使用单一传感材料开发多功能电子皮肤仍然是瓶颈。基于塞贝克效应的薄膜式热电传感器可以有效地将温度梯度转换为电压，并具有灵活、小型化和便携性的独特优势。这些特点使它们有望成为多功能可穿戴电子设备。
基于此，研究人员采用一种简便的卷对卷策略制备出具有优异温度和应变传感性能的超柔性硫系玻璃-聚四氟乙烯复合薄膜。研究人员将硫系玻璃粉末与PTFE粘结剂混合，并通过球磨方式将PTFE构筑成能够支撑起整个薄膜框架的纤维网络，经过进一步的热辊压减薄薄膜厚度，最终得到大面积、超柔性、表面平整的硫系复合薄膜。该薄膜具有光滑的表面（表面粗糙度~42nm），能够实现各种复杂的形变，且可以裁剪折叠成任意形状。此外，该薄膜能够实现高达50%的拉伸形变，兼具优异的柔性和良好的热电性能，塞贝克系数达731μV/K，电导率为0.9m/S。
图1.（a）硫系复合薄膜制备示意图；
（b-h）硫系复合薄膜的光学照片、显微结构及柔性特性
研究人员将硫系复合薄膜进一步进行了实际应用。通过手指弯曲发出的信号通过电路被放大采集并传输到机械手，因此柔性薄膜能够实时控制机械手，机械手在模仿我们手指动作时也不会出现异常振动。此外，贴附于机械手指尖的硫系复合薄膜赋予了机械手温度感知能力，在抓握冷热物体时，机械手能做出相应的动作反馈，提供预警功能。
图2.（a）基于硫系复合薄膜的人机交互系统示意图；
（b-d）机械手对手势运动及温度感知的识别及反馈能力
文章链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202313101
02
物理科学与技术学院林冬冬博士
让牛奶变成生物液晶液滴！
牛奶是日常饮食中很常见的一种食物，其中含有一种β乳球蛋白的物质，约占鲜奶蛋白质的10~20%。β乳球蛋白不仅能给人们提供营养所需，也能作为一种生物技术的原材料被人们加以开发利用。物理科学与技术学院林冬冬特聘副研究员与合作者在利用β乳球蛋白制作生物液晶材料上取得新进展，相关研究论文以“Single-Step Control of Liquid–Liquid Crystalline Phase Separation by Depletion Gradients”为题发表在国际顶级学术期刊《Advanced Materials》上。
液晶液滴，对于理解生命活动中的液液相变(LLPS)具有特别重要的意义，并且与液晶显示器、电光调制器、光开关、可调谐滤波器和生物传感器等各种技术相关。在界面张力的支配下，淀粉样蛋白液晶液滴具有多种形状，包括球形、纺锤形、扁圆形等拓扑结构。
实验中，研究人员从牛奶中提取β乳球蛋白并加以提纯，经过一系列的化学反应得到β乳球蛋白的纳米纤维。利用这些纤维结构，研究人员制作了一系列的生物液晶结构并研究了加入纳米颗粒后共聚相变过程。
生物液晶液滴的制作过程
纳米颗粒作为耗散剂可以在低于液晶相变临界浓度时诱发液液相变。并且，纳米颗粒的浓度与相变时间相关。当研究人员人为制造了一个连续的耗散梯度，沿着耗散梯度发现形成了不同结构的液晶液滴，这意味着可以通过耗散强度来调控液晶的生长。
纳米颗粒诱导液液相变过程
不同大小的纳米颗粒作为耗散剂可以对生物液晶进行调控。研究发现500 nm直径的纳米颗粒只聚集在液晶结构的周围，并随着液晶结构的生长而形成有序的排列。该发现为调控纳米颗粒有序自组装提供了新方法。
500 nm 直径的颗粒在液晶液滴表面的分布与演变
小纳米颗粒既有耗散作用，又可以做三维成像。当纳米颗粒直径缩小到30 nm时，原本难以表征的内部液晶结构使用共聚焦荧光显微镜就能观察内部细节。在此，研究人员发现了两个未被报道的亚态液晶结构。
30 nm 直径的颗粒在液晶液滴内部的分布与成像
该论文中，林冬冬博士为第一作者兼通讯作者，合作者有宁波大学赵玉芬院士、苏黎世联邦理工Raffaele Mezzenga教授、Massimo Bagnani博士、Hamed Almohammadi博士和Ye Yuan博士。该工作得到了国家留学基金委（CSC）、宁波大学王宽诚基金和钱学森天体化学与空间生命科学研究中心基金等的支持。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202312564
《Advanced Materials》是自然指数期刊，国际材料学研究领域最具影响力的期刊之一，对研究的原创性、结构的新颖性有着极为严格的要求，中科院JCR分区一区，影响因子29.4。工程与计算大学科、材料与化学大领域（包含材料化学，材料物理，生物材料，纳米材料，光电材料，金属材料，无机非金属材料，电子材料等等非常多的子学科，以及非常大量与材料相关的研究领域）的顶尖期刊，在国际材料领域科研界上享誉盛名。
