塔夫茨大学 花朵形状的光子材料可以根据光线移动，紧密跟踪最大曝光角度
学分:塔夫茨大学费奥·奥米内托 塔夫茨大学工程学院的研究人员已经创造了光激活复合设备，能够执行精确的，可见的运动，并形成复杂的三维形状，而不需要电线或其他驱动材料或能源
该设计将可编程光子晶体与可在宏观和纳米尺度上响应光照的弹性复合材料相结合
这项研究为智能光驱动系统的开发提供了新的途径，例如自动跟随太阳方向和光线角度的高效自对准太阳能电池、光驱动微流体阀或按需随光移动的软机器人
2021年3月12日发表在《自然通讯》上的一篇论文展示了这种技术，这种“光子向日葵”的花瓣会随着光照的变化而卷曲，并跟踪光线的路径和角度
颜色是光吸收和反射的结果
在彩虹色蝴蝶翅膀或蛋白石宝石的每一次闪光背后，都有复杂的相互作用，嵌入翅膀或宝石中的天然光子晶体吸收特定频率的光，并反射其他光
光线与晶体表面相遇的角度会影响吸收的波长和吸收的能量产生的热量
塔夫茨团队设计的光子材料包括两层:一层由掺杂金纳米粒子的丝心蛋白制成的蛋白石状薄膜，形成光子晶体；另一层是聚二甲基硅氧烷(PDMS)，一种硅基聚合物
除了卓越的柔韧性、耐用性和光学性能外，丝心蛋白还具有不同寻常的负热膨胀系数(CTE)，这意味着它受热时收缩，冷却时膨胀
相比之下，PDMS的CTE值较高，受热时膨胀迅速
结果，当新材料暴露在光线下时，一层比另一层加热得更快，因此材料一边膨胀一边弯曲，而另一边收缩或膨胀得更慢
安装在光驱动材料上的太阳能电池可以在没有电线、齿轮或马达的情况下移动和跟踪光源
学分:塔夫茨大学费奥·奥米内托 “通过我们的方法，我们可以在多种尺度上图案化这些蛋白石状薄膜，以设计它们吸收和反射光线的方式
该研究的相应作者菲奥伦佐·奥米内托和弗兰克·C·奥米内托说:“当光线移动，被吸收的能量发生变化时，物质会根据其相对于光线的位置发生不同的折叠和移动。”
塔夫茨大学多布尔工程教授
奥米内托说，虽然大多数将光转换成运动的光学机械设备都涉及复杂且耗能的制造或设置，“我们能够实现对光能转换的精确控制，并在不需要任何电力或电线的情况下产生这些材料的‘宏观运动’。”
研究人员通过应用模板，然后将它们暴露在水蒸气中，生成特定的图案，从而对光子晶体薄膜进行编程
地表水的图案改变了从薄膜上吸收和反射的光的波长，从而导致材料在暴露于激光时以不同的方式弯曲、折叠和扭曲，这取决于图案的几何形状
作者在他们的研究中展示了一种“光子向日葵”，在双层薄膜中集成了太阳能电池，这样电池就可以跟踪光源
光子向日葵保持太阳能电池和激光束之间的角度几乎不变，随着光线的移动，电池的效率最大化
该系统在白光下和激光下一样有效
这种无线、光响应、日光性(太阳跟踪)系统有可能提高太阳能产业的光能转换效率
该团队展示的材料还包括一只蝴蝶，它的翅膀在光线下张开和闭合，以及一个自动折叠的盒子
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