靜態光照下的持續振動行為是一種理想的機械能輸出方式，目前液晶聚合物材料的振動行為只能通過偏振光或者紫外光碟機動，紅外光具有能量密度低和生物相容性較好的優點。但目前沒有能夠通過紅外光碟機動液晶聚合物振動行為的報導。
近日，北京大學工學院楊槐教授團隊通過在液晶聚合物表面選擇性塗敷聚多巴胺（PDA），利用聚多巴胺的紅外光熱效應以及巧妙設計的聚合物薄膜自遮擋效應，實現了液晶聚合物薄膜在紅外光下的持續振動。考慮到紅外光是太陽光的主要成分，該原理被進一步應用，成功製備了由聚焦太陽光碟機動的發電裝置。
圖1 a 液晶聚合物自遮擋作用產生振動行為示意；b PDA塗層的可重構性示意
聚多巴胺作為塗層具有粘附性好和易塗敷擦除的優點，目前被廣泛應用於光熱塗層和抗菌表面改性等。本成果將PDA選擇性的塗敷在液晶聚合物表面，使液晶聚合物薄膜具有不同的局域熱效應。通過在特定方向照入紅外光，PDA塗敷區域由於未塗敷區域的自遮擋作用，不斷在曝光與非曝光之間切換，使得塗敷區域出現反覆的彎曲與平整形變，最終使液晶聚合物產生持續的振動行為。
圖2 a PDA塗層的光熱效應；b 局部塗敷PDA的液晶聚合物薄膜實物圖；c 液晶聚合物振動過程的實物圖；d e f 液晶聚合物振動的穩定性和光強對振動行為的影響
在進一步的研究中，團隊發現液晶聚合物的振動頻率和幅度能夠通過入射光強度和PDA的塗敷厚度控制。由於PDA的可重複擦除和塗敷特性，團隊實現了液晶聚合物振動行為的重複編程，利用同一塊液晶聚合物薄膜實現了不同形式的振動。
圖3 a b 不同PDA塗敷厚度的液晶聚合物振動行為與光強之間的關係；c-f 液晶聚合物振動行為的可重構性
考慮到紅外光是太陽光重要的組成部分，團隊成功實現了用聚焦太陽光碟機動的振動行為。鑑於這種新型液晶振動器的穩定的振動行為，該成果中通過液晶振動器驅動太陽能發電器件，實現了在太陽光碟機動下，發電裝置的電能輸出。該成果有望為新型液晶功能材料和器件的製備提供新思路。
圖4 a 液晶聚合物振動行為驅動的太陽能發電器件示意；b c 太陽能發電器件實物圖和電壓輸出
這一成果近期發表在Advanced Materials上，北京大學工學院博士研究生蘭若塵為論文第一作者，楊槐教授為此工作的通訊作者。原文連結：https://doi.org/10.1002/adma.201906319。