智能高分子水凝膠(smart hydrogel)是指在外界溫度、離子濃度和pH等刺激下能發(fā)生體積、形狀或顏色等變化的一類智能材料。其中，智能變形水凝膠由于在外界刺激下可將各種外部能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能從而使自身發(fā)生可逆形變，在柔性驅(qū)動器、柔性傳感器、軟質(zhì)機(jī)器人等諸多新興領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)過多年的發(fā)展，智能變形水凝膠已經(jīng)擺脫單一的刺激響應(yīng)模式以及簡單的溶脹收縮行為，發(fā)展出更為復(fù)雜的二維、三維復(fù)雜形變。然而，傳統(tǒng)的智能變形水凝膠通常在凝膠的制備過程中就被賦予各向異性，其形變程度和形變方向等通常無法再改變。
中國科學(xué)院寧波材料所的陳濤、張佳瑋研究員在《高分子學(xué)報》2019年第5期“動態(tài)共價鍵高分子”專輯(即將出版)的論文中，為解決以上問題提供了可行的方案。受到積木拼裝的啟發(fā)，將水凝膠如同積木一樣互相拼接組裝，即可從簡單的構(gòu)筑模塊出發(fā)獲得多種各向異性結(jié)構(gòu)以及多重刺激響應(yīng)能力，從而實現(xiàn)復(fù)雜的智能變形。該研究將苯硼酸基團(tuán)引入水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，以聚乙烯醇(PVA)為膠水，在堿性條件下通過水凝膠表面與PVA形成動態(tài)硼酸酯鍵，實現(xiàn)了含有苯硼酸基團(tuán)的水凝膠的模塊化組裝，且組裝后的水凝膠黏合強(qiáng)度大于本體凝膠，證明了該方法的有效性。 隨后引入聚陽離子單體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(METAC)以及N-異丙基丙烯酰胺(NIPAm)實現(xiàn)了雙層水凝膠的離子與溫度雙重刺激響應(yīng)。根據(jù)設(shè)計的需求，該研究可對水凝膠進(jìn)行任意黏合，成功實現(xiàn)了水凝膠從二維平面到三維立體的復(fù)雜可逆轉(zhuǎn)變。最后將兩種刺激響應(yīng)型的水凝膠結(jié)合，可實現(xiàn)在同一驅(qū)動方向上的多次分步驅(qū)動，為水凝膠軟機(jī)械夾具的研究提供了切實可行的方案。
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http://www.gfzxb.org/fileGFZXB/journal/article/gfzxb/newcreate/gfzxb20180281zhangjiawei.pdf
doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2019.18281
