【文献总结】2021.7.31-组内动态-仿生智能材料研究组  
【文献总结】2021.7.31
chengchaoyi 2021-7-31 4593

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  • 安雪 2021-7-31
    引用 1

    梯度水凝胶材料

    复杂的感知、防御和伪装机制的结合是一种关键的本能能力,使生物体拥有生存优势。这种多刺激反应性的模拟,包括向触性、生物发光、变色能力等,对科学家开发新型仿生智能材料具有重要意义。然而,大多数仿生变色或发光材料只能实现单一的刺激响应,因此设计和制造协同变色的多刺激响应材料仍在研究中。Li等利用纤维素纳米晶体的胆甾相液晶结构及其水/温度响应行为,开发了一种具有颜色和变形能力的生物激发多刺激响应驱动器。该驱动器具有超高速、可逆双向湿度和近红外(NIR)光驱动能力(湿度:9s;近红外光:16s),伴随着协同彩虹色外观,为驱动器的运动提供视觉提示。这项工作为仿生多刺激响应材料的研究奠定了基础,并将在光学防伪设备、信息存储材料、智能软机器人等领域有广泛的应用前景。

    响应性水凝胶的可编程运动在软机器人、微流体元件、驱动器和人工肌肉等方面的潜在应用受到越来越多的关注。水凝胶孔隙结构的调节对于调整其机械强度、响应速度和运动特性至关重要。形成具有均匀或逐步分布孔隙结构的水凝胶的传统方法受到同时优化这些条件的限制。等制备了一种利用异双功能交联剂的水热法合成具有良好梯度孔结构的响应性水凝胶。根据梯度孔隙度控制,水凝胶同时表现出对外界刺激的快速响应、高弹性/压缩性和可编程运动能力。通过将聚吡咯纳米粒子作为光热传感器,形成了光/热响应复合水凝胶,以实现可编程的运动控制,如弯曲、弯曲、扭转,以及在近红外激光刺激下像章鱼一样游泳。这种新型材料的可调谐的孔隙结构、力学性能和运动特性使这些梯度多孔水凝胶具有潜在的适用于各种应用的潜力

    聚合物水凝胶作为一种仿生软致动器已经引起了人们的广泛关注,但是通过一种简单且可持续的途径设计快速响应的水凝胶致动器仍然面临着巨大的挑战。Mo等通过利用直流电场在聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)基质中诱导可再生的囊状纤维素纳米晶体(TCNCs)的梯度分布,制备了具有高性能的快速热响应水凝胶致动器。三维拉曼技术充分揭示了TCNCsPNIPAM中既充当纳米填料又充当多功能交联剂的空间分布,,其在相应水凝胶致动器的快速弯曲(4.81°s)和恢复速度(1.41°s)中起主导作用。此外,PNIPAM/TCNC水凝胶具有优异的耐用性和稳定性,可作为潜在的温控操纵器,用于长期捕获和运输目标物体,即使在恶劣环境中也可以使用。

    具有形状变形特性的刺激响应材料在人工肌肉、软机器人和组织工程等领域发挥着重要作用其中,刺激响应水凝胶作为具有形状变形特性的致动器一直受到关注。Antonio通过简单的一步无规则共聚合成了一种具有梯度孔结构的两性电解质基水凝胶,反应模的两侧具有不同的亲水性和疏水性。微傅里叶变换红外光谱证明了化学成分的梯度分布。由于梯度孔隙结构和离子键的存在,聚两性电解质基水凝胶在水的环境友好刺激下可以迅速改变形状,在盐溶液中恢复到原来的形状,最大弯曲角度可达180左右。此外,该水凝胶执行器的恢复时间较响应时间短,响应/恢复时间比为2通过调节化学和非化学因素,包括物理交联量、长径比、盐溶液浓度和浸泡时间,可以控制形状变形程度和响应/恢复时间。梯度孔隙结构和运动使水凝胶驱动器成为一种潜在的多种应用材料。

     [1] Li X K, Liu J Z, Li D D, et al. Bioinspired Multi-Stimuli Responsive Actuators with Synergistic Color- and Morphing-Change Abilities. Advanced Science, 2021, 2101295.

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