近半个世纪以来,自驱动迷你马达因其自发运动,在动态自组装、仿生及油水分离等诸多领域具有潜在应用价值。其自驱动运动过程可以通过引入电场、磁场,气泡驱动,Marangoni效应以及材料特性等方式得以实现。然而,绝大多数自驱动体系中对器件初始运动的控制性较弱。因此,本论文中,我们提出“功能协同智能系统”的概念,通过引入两种或以上刺激响应智能表面,利用其协同作用完成复杂功能。基于pH响应智能表面浸润性的改变,作为器件在垂直方向初始运动的开关。针对经典“铂催化双氧水分解”体系中,因活性氧破坏器件表面性质而引起的器件使用寿命问题,我们发展并采用多种驱动方式,避免引入活性分子,实现器件的持久运动。通过进一步优化器件表面浸润性质,完成器件在垂直方向的循环运动。为了发展智能器件可控运动的新应用,我们课题组较早开展了基于智能器件可控运动在电磁发电方面的工作,将智能器件的下潜/上浮循环运动与经典法拉第电磁感应定律相结合,通过器件往复运动切割平行磁场,实现电能的稳定、持久输出。主要工作如下:1.将pH响应智能表面与盐酸响应的镁集成功能协同智能系统,利用pH-响应智能表面的超疏水-超亲水浸润性质转变,作为器件初始运动的开关;利用镁和盐酸反应产生的气体,调控器件在溶液中的比重,完成其在垂直方向的下潜/上浮运动;通过还原性气体氢气代替氧气,解决了器件的寿命问题。并通过智能器件在垂直方向的可控运动驱动导线切割平行磁场,实现由化学能到电能的有效转换。针对智能表面在水气界面无法快速释放气体完成器件再下潜运动的难题,我们研究不同浸润性质表面对器件运动行为的影响,发现pH-疏水智能器件可以用于实现器件在垂直方向的下潜/上浮循环运动及电能的稳定持久输出。2.通过仿生鱼鳔功能,制备气压响应智能器件。引入超疏水表面使其吸附定量气体;通过施加/释放体系压力,调控器件比重在溶液比重上下,完成智能器件在垂直方向的可控运动。该方法有效解决了器件的寿命问题,同时避免了通过外加燃料驱动器件的再运动过程。进一步将气压驱动器件在垂直方向的可控运动与经典法拉第电磁感应定律相结合,实现了电能的稳定输出。并通过试验不同频率时器件的运动及发电行为,发现智能器件可在较长频率范围内实现规律运动。3.将红外光驱动与超疏水吸光材料相结合,基于光热转换原理,改变器件表面局部温度,调控定量气体体积,进而实现器件比重在溶液比重上下变化,完成器件在垂直方向的可控运动;并将红外光驱动拓展到太阳光驱动,完成智能器件在垂直方向的下潜/上浮循环运动。