Maximizing light-to-heat conversion of Ti3C2Tx MXene metamaterials with wrinkled surfaces for artificial actuators

材料科学 光热治疗 纳米材料 MXenes公司 超材料 执行机构 纳米技术 光热效应 光电子学 涂层 电气工程 工程类
作者
Hwansoo Shin,Woojae Jeong,Tae Hee Han
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41467-024-54802-0
摘要

MXene, a promising photothermal nanomaterial, faces challenges due to densely stacked nanosheets with high refractive index (RI). To maximize photothermal performance, MXene metamaterials (m-MXenes) are developed with a superlattice with alternating MXene and organic layers, reducing RI and inducing multiple light reflections. This approach increases light absorption, inducing 90% photothermal conversion efficiency. The m-MXene is coated onto liquid crystal elastomer (LCE) fibers, as actuating platforms via a dip-coating (m-MXene/aLCE fiber), exhibiting excellent light-driven actuating owing to the synergetic effect of the patterned m-MXene laysers by structural deformation. The m-MXene/aLCE fibers lift ~6,900 times their weight and exhibit a work density 6 times higher than that of human skeletal muscle. It is applied to artificial muscles, grippers, and a bistable structure (a shooting device, and switchable gripper). Our study offers an effective strategy to enhance light absorption in 2D nanomaterials and contributes to advancements in photothermal technologies in various fields. Metamaterials can combine materials with distinct properties to achieve desired optical properties. Here, wrinkled MXene metamaterials with nano- and micro-structured assembly maximize the photothermal effect, with promising uses like soft actuators
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