智能响应水凝胶驱动器因其能在外界的刺激下发生形态的转变，而受到国内外学者的广泛关注。近年来，受动植物中各种应激行为的启发，研究人员通过对水凝胶结构的设计，制备了一系列具有多样功能以及程序化变形能力的水凝胶驱动器，并将其逐步应用于软体机器人领域。然而，受到水凝胶的溶胀/去溶胀速度的限制，具有较大尺寸的水凝胶驱动器的变形过程往往较为缓慢，这极大地限制了其在软体机器人领域的应用。因此，如何通过水凝胶的结构设计来提高水凝胶驱动器的变形速度，成为了亟待解决的问题。
Figure 1. 超快温度响应凝胶海绵的制备
针对这一问题，中科院宁波材料所陈涛研究员/张佳玮研究员基于对海绵结构的观察与模仿，设计了一种具有海绵状多孔结构的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAm）水凝胶。在制备过程中，水凝胶预聚液首先在-30 ℃的环境下形成冰晶，由于冰晶的存在，单体被排挤出冰晶区域。随后，将水凝胶预聚液的温度升至-5 ℃，此时冰晶外的单体会聚合形成水凝胶。最后，再次提升温度至室温，冰晶会逐步融化从而形成具有海绵状多孔结构的PNIPAm水凝胶。得益于水凝胶中互通的大孔道结构，在凝胶相变时，水凝胶内部的水会因毛细作用而快速地从内部孔道被排出，从而极大地增强其变形速率。在40 ℃热水环境下，PNIPAm凝胶海绵能在7 s内收缩至原来体积的40 %，与传统水凝胶驱动器相比，其驱动速度提升了一个数量级。基于其超快的变形能力，PNIPAm凝胶海绵驱动器能快速地捕捉运动中的物体，并且展示出其在生命救援领域的广阔应用前景。此外，通过引入光热转换组分Fe₃O₄纳米粒子，PNIPAm凝胶海绵还可实现远程控制的一维/二维定向运动，这极大地推动了水凝胶驱动器在构建智能软体机器人方面的进展。
Figure 2. 温度响应凝胶海绵驱动器快速抓取运动物体
相关研究论文以题为Stimuli-responsive hydrogel sponge for ultrafast responsive actuator发表在科爱旗下的新刊Supramolecular Materials上。通讯作者是中科院宁波材料所陈涛研究员和张佳玮研究员。这项工作得到了国家重点研发计划(2018YFB1105100)、国家自然科学基金 (51873223, 52073295)，中科院前沿科学重点研究项目(QYZDB-SSW-SLH036)的支持。
原文链接：
Stimuli-responsive hydrogel sponge for ultrafast responsive actuator
Yukun Jian，Baoyi Wu，Xuxu Yang，Yu Peng，Dachuan Zhang，Yang Yang，Huiyu Qiu，Huanhuan Lu，Jiawei Zhang，Tao Chen
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667240521000027
相关进展
免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”，查看更多