智能驱动器在受到外部刺激(光、热、电、湿、磁等)时,可做出响应并执行相应操作或命令,在微型机器人、信息交互、远程遥控等领域具有广阔前景。通过合理的材料选择及科学的结构设计制备驱动性能优异的智能驱动器一直是研究者们关注的重点。本文利用工艺简单的模板法设计并制备了一种具有周期梯度分段结构的氧化石墨烯(GO)膜,基于综合性能优异的GO材料,侧重探索微结构设计对驱动效果带来的影响,突破了智能驱动器常采用的复合材料或复合结构等相对复杂的设计理念。探究了其在湿度驱动领域及静电驱动领域的驱动性能,结合力学原理及驱动特点,进一步分析研究了驱动原理及应用前景,具体内容如下:(1)利用改进的Hummers法制备了 GO悬浮液,所得GO悬浮液的氧化剥离程度良好,主要构成元素O、C含量比为0.35,片层可达纳米级别。采用光栅基板为模板,通过涂覆蒸发成膜的方法制备了具有微结构的GO膜,研究了在膜制备过程中涂覆厚度对成膜难易程度及微结构构筑所带来的影响。结果表明,由于表面张力及片层堆叠的作用,随着厚度的增加(250 μm、500 μm、750μm及1000 μm),完整剥离成膜难度降低,而表面微结构构筑难度逐渐增加。(2)基于前期结构研究,采用模板法设计并制备了具有仿生周期梯度结构的GO膜湿度驱动器,该驱动器可在低湿度(RH≈25%)保持平整状态,在高湿度(RH≈85%)呈现约1000°的大角度弯曲响应形变,且在高低湿度切换中,驱动器呈现出可逆性的响应行为及良好循环稳定性。结合材料结构的特点及力学原理,进一步提出了仿生周期梯度结构GO膜的湿度驱动机理,并建立了机械理论模型,通过力学模拟对驱动机理进行了多学科的解释验证。进一步结合驱动特性实现了仿生软体动物的智能爬行运动及仿生植物藤蔓的多形态响应形变。(3)采用模板法设计并制备了分段微结构GO膜静电驱动器,实现了非接触式驱动,该驱动器在静电触发时,可在1 s内快速地实现宏观明显的响应形变,且驱动行为具有良好的可逆循环性。进一步探索并提出了结构设计对分段微结构GO膜静电驱动性能的影响及驱动机理,并通过仿真模拟分析对其进行解释验证。进一步结合驱动特性成功实现了阵列式定点可控静电驱动。