01光子晶体“向日葵”跟随光
如图花朵状的光子材料可以响应光线而移动，紧密跟踪最大曝光角度。
能够自动弯曲，折叠和扭曲以优化其接收到的光量的人造“向日葵”可能是未来智能太阳能电池的关键要素。设备由基于生物聚合物的光子晶体制成其开发人员表示，未来的版本可能像真正的向日葵一样能够在天空中追踪太阳。
光子晶体是纳米结构的材料，其折射率在类似于可见光波长的长度范围内变化。这种周期性变化会产生所谓的“光子带隙”该影响会影响光子在材料中的传播方式，从而吸收某些频率的光（从而加热材料），同时反射其他频率，光线照射晶体的角度也会影响吸收哪些频率。
02双层结构
在他们的研究中展示了一种“光子向日葵”，其在双层薄膜中集成了太阳能电池，因此这些电池可以跟踪光源。光子向日葵使太阳能电池和激光束之间的角度几乎保持恒定，从而在光移动时最大限度地提高了太阳能电池的效率。
太阳能电池系统在白光下的工作效果与在激光下一样好。这种无线的、光响应的和日光性的（太阳跟随）系统可以潜在地提高太阳能行业的光能转换效率。团队对该材料的演示还包括一只蝴蝶，该蝴蝶的翅膀根据光线的变化而打开和关闭，并带有一个自动折叠的盒子。
在研究材料上他们选择了丝素蛋白，因为它具有柔韧性、良好的光学性能以及负热膨胀系数（CTE）。研究人员设计的光子材料由两层组成。顶层由掺有吸光金纳米粒子（AuNPs）的丝纤蛋白蛋白石状薄膜制成。在其下方是硅基聚合物聚二甲基硅氧烷（PDMS）。
相反聚二甲基硅氧烷具有较高的负热膨胀系数，并且在加热时会迅速膨胀。当新材料暴露于光线下时一层的加热速度比另一层快得多，因此当一侧膨胀时会导致材料弯曲而另一侧会收缩或膨胀得更慢。
这意味着丝素蛋白在加热时会收缩而在冷却时会膨胀–与大多数材料不同，后者的热膨胀系数为正而相反。重要的是硅基聚合物聚二甲基硅氧烷具有较高的负热膨胀系数，受热后会迅速膨胀，因此当双层光子晶体暴露于激光下时它会随着二甲基硅氧烷的膨胀而弯曲，最终会使蚕丝层收缩。
03弯弯曲曲
该团队通过调整晶体中晶胞的尺寸，使光子晶体更具反射性。研究人员解释说他们是通过使用光刻技术在丝绸层中构造图案的方法来实现的，这种技术涉及暴露于紫外线或在材料上施加模版，然后再将其暴露于水蒸气中，最后才得到这些纳米结构的图案。丝线层可以增强或减弱金纳米颗粒与激光之间的相互作用，具体取决于激光束撞击激光束的角度。
这些设计特征共同使材料可以根据图案的几何形状和入射激光束的波长进行弯曲，折叠和扭曲。至关重要的是，它们还使材料能够跟踪光源的路径和角度，研究人员通过制造光子“向日葵”并在丝素蛋白-PDMS双层中集成了太阳能电池，证明了这种功能。当光源移动时生成的设备会朝着光源弯曲，类似于真实的向日葵跟踪太阳的方式，因为它的茎的不同侧面在一天中的不同时间伸长。
04光跟踪装置
研究团队的新材料设备使太阳能电池和激光束之间的角度几乎保持恒定，从而在激光移动时最大程度地提高了太阳能电池的光能转换效率。这种无线光响应、日光（太阳跟踪）系统可用于制造改进的太阳能电池。
研究人员还制作了一个自动折叠的盒子和一个“蝴蝶”，带有可根据光线打开和关闭的翅膀。由结果得知计划适应于光学机械致动器，使得工作原理在电磁波谱中呈现不同的部分，在实验室里也希望能制造可以在实验室外使用的阳光跟踪设备。
05太阳能电池以及其他在宏观和纳米规模上编程的高效设备铺平了道路。
塔夫茨大学工程学院的研究人员已经创建了光激活复合设备，这些设备能够执行精确的可见运动并形成复杂的三维形状而无需电线或其他致动材料或能源。该设计将可编程光子晶体与弹性体复合材料结合在一起，能在宏观和纳米尺度上对其进行工程设计以响应照明。
该研究为智能光驱动系统的开发提供了新途径，例如高效、自对准太阳能电池，它们可以自动跟随太阳的光的方向和角度，光致动的微流阀或随需而动的软机器人。发表在《自然》上的一篇论文中，表示这种“光子向日葵”的花瓣朝着和远离光线弯曲，并跟踪光的路径和角度。
颜色是由光的吸收和反射产生的。虹彩蝴蝶翅膀或蛋白石宝石的每一个闪光背后都隐藏着复杂的相互作用，其中嵌入翅膀或石头中的天然光子晶体吸收特定频率的光并反射其他频率。光与晶体表面会合的角度会影响吸收哪些波长以及由吸收的能量产生的热量。
06太阳能电池只需接上无线链接即可实现移动和跟踪光源。
通过纳米材料技术的方法，研究人员可以在多个尺度上对这些类似蛋白石的薄膜进行构图以设计它们吸收和反射光的方式。当光移动并且吸收的能量发生变化时，材料折叠和移动的方式取决于其相对于该光的相对位置。
尽管大多数将光转换为运动的光机械设备都涉及复杂且耗能的制造或设置，这种系统能够实现对光能转换的精确控制，无需任何电力或电线即可产生这些材料的宏观运动
研究人员通过施加模版，然后将其暴露于水蒸气中以产生特定的图案，从而对光子晶体膜进行编程。当暴露于激光时表面水的图案改变了薄膜吸收和反射的光的波长，从而导致材料以不同的方式弯曲、折叠和扭曲，具体取决于图案的几何形状。
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