近日，上海理工大学健康科学与工程学院朱志刚教授团队在光热材料领域取得重要进展，其研究成果以“准光子晶体增强型Ti3C2Tx MXene光热材料在无线驱动与治疗应用中的高效性能研究（Quasi-photonic crystals-boosted highly efficient Ti₃C₂Tₓ MXene photothermal materials for untethered actuators and therapeutics）”为题，发表在国际权威学术期刊《Journal of Colloid and Interface Science》（中科院一区TOP,，IF=9.7）。课题组博士生史卓和王子峰老师为文章共同第一作者，朱志刚教授为通讯作者，上海理工大学为唯一通讯单位。该研究通过构建聚四氟乙烯（PTFE）纳米颗粒准光子晶体结构，显著提升了MXene的光热转换效率与稳定性，并成功应用于仿生驱动、组织“焊接”及智能软体机器人等领域，为高效光热材料的设计与应用提供了新思路。
光热材料在能源捕获、生物医疗和软体机器人等领域具有广泛应用前景。尽管MXene材料具有近100%的内光热转换效率，但其实际应用受限于光吸收率低、易氧化及能耗高等问题。针对这些挑战，研究团队创新性地将PTFE NPs通过真空过滤沉积MXene薄膜表面，构建出具有准光子晶体结构的层状薄膜。这种设计通过调控光传播路径，使近红外光在MXene层内形成多次反射，将光吸收效率提升至76.03%，比原始MXene提高195%。在仅0.06 W cm-2的超低功率808 nm激光照射下，材料可实现21.9°C s-1的升温速率和70°C的稳态温度，且经过10,000次循环后性能无衰减。
研究进一步展示了该材料的多功能应用潜力：基于光热效应实现了水上Marangoni驱动、仿生软体机器人运动及日光驱动的可控形变；在生物医疗方面，成功利用光热辅助技术实现小鼠肠道组织的快速焊接，修复后的组织力学性能恢复至正常水平的60%以上，且材料表现出优异的生物相容性（细胞存活率98.3%）。此外，该策略同样适用于石墨烯和碳纳米管等其他光热材料，具备普适性优势。
这项研究通过"光热材料+准光子晶体"的协同设计，突破了传统光热系统对高功率光源的依赖。其创新点在于：1）利用廉价PTFE实现性能倍增；2）疏水PTFE层赋予材料自清洁功能，解决MXene亲水性导致的污染问题；3）模块化设计支持MXene回收再利用，满足可持续发展需求。该成果为开发低功耗医疗机器人、智能农业调节器等设备奠定基础，尤其对偏远地区无电源环境下的光热治疗具有重要价值。
光热机理图
光热循环稳定性
组织“焊接”应用
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2025.138188