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中科院宁波材料所:基于动态硼酸酯键的水凝胶的模块化组装和智能形变

发布时间:2019/5/15 10:10:22 来源: 网络文摘

智能高分子水凝胶(smart hydrogel)是指在外界温度、离子浓度和pH等刺激下能发生体积、形状或颜色等变化的一类智能材料。其中,智能变形水凝胶由于在外界刺激下可将各种外部能量转化为机械能从而使自身发生可逆形变,在柔性驱动器、柔性传感器、软质机器人等诸多新兴领域具有广阔的应用前景。经过多年的发展,智能变形水凝胶已经摆脱单一的刺激响应模式以及简单的溶胀收缩行为,发展出更为复杂的二维、三维复杂形变。然而,传统的智能变形水凝胶通常在凝胶的制备过程中就被赋予各向异性,其形变程度和形变方向等通常无法再改变。

中科院宁波材料所:基于动态硼酸酯键的水凝胶的模块化组装和智能形变

  中国科学院宁波材料所的陈涛、张佳玮研究员在《高分子学报》2019年第5期“动态共价键高分子”专辑(即将出版)的论文中,为解决以上问题提供了可行的方案。受到积木拼装的启发,将水凝胶如同积木一样互相拼接组装,即可从简单的构筑模块出发获得多种各向异性结构以及多重刺激响应能力,从而实现复杂的智能变形。该研究将苯硼酸基团引入水凝胶网络中,以聚乙烯醇(PVA)为胶水,在碱性条件下通过水凝胶表面与PVA形成动态硼酸酯键,实现了含有苯硼酸基团的水凝胶的模块化组装,且组装后的水凝胶黏合强度大于本体凝胶,证明了该方法的有效性。 随后引入聚阳离子单体酰氧三氯化铵(METAC)以及N-(NIPAm)实现了双层水凝胶的离子与温度双重刺激响应。根据设计的需求,该研究可对水凝胶进行任意黏合,成功实现了水凝胶从二维平面到三维立体的复杂可逆转变。最后将两种刺激响应型的水凝胶结合,可实现在同一驱动方向上的多次分步驱动,为水凝胶软机械夹具的研究提供了切实可行的方案。