Reversible Switching of Hydrogel-Actuated Nanostructures into Complex Micropatterns

材料科学 纳米技术 执行机构 微流控 纳米结构 基质(水族馆) 垂直的 计算机科学 几何学 数学 海洋学 地质学 人工智能
作者
Alexander Sidorenko,Tom N. Krupenkin,Ashley Taylor,Peter Fratzl,Joanna Aizenberg
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:315 (5811): 487-490 被引量:532
标识
DOI:10.1126/science.1135516
摘要

Responsive behavior, which is intrinsic to natural systems, is becoming a key requirement for advanced artificial materials and devices, presenting a substantial scientific and engineering challenge. We designed dynamic actuation systems by integrating high-aspect-ratio silicon nanocolumns, either free-standing or substrate-attached, with a hydrogel layer. The nanocolumns were put in motion by the "muscle" of the hydrogel, which swells or contracts depending on the humidity level. This actuation resulted in a fast reversible reorientation of the nanocolumns from tilted to perpendicular to the surface. By further controlling the stress field in the hydrogel, the formation of a variety of elaborate reversibly actuated micropatterns was demonstrated. The mechanics of the actuation process have been assessed. Dynamic control over the movement and orientation of surface nanofeatures at the micron and submicron scales may have exciting applications in actuators, microfluidics, or responsive materials.
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