刺激響應(yīng)形狀變形水凝膠的最新研究進(jìn)展

受自然界中變形生物的啟發(fā)，相關(guān)研究人員利用圖案化或4D打印方法，已開(kāi)發(fā)出各種具有刺激響應(yīng)性膨脹、收縮、彎曲、折疊、折紙、滾動(dòng)或運(yùn)動(dòng)的水凝膠。水凝膠的形狀變形可用于制造普通技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的螺旋、扭曲和滾動(dòng)微結(jié)構(gòu)，因此在抓手、傳感器、閥門(mén)、軟機(jī)器人等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

鑒于此，南洋理工大學(xué)周琨教授、西北工業(yè)大學(xué)顧軍渭教授從形狀變形的角度總結(jié)了水凝膠的最新進(jìn)展，涵蓋了形狀變形的類(lèi)型、機(jī)制、模式及其制造方法與潛在應(yīng)用。討論了該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和前景，分析了如何通過(guò)選擇合適的水凝膠材料和控制形狀變形來(lái)制造3D功能結(jié)構(gòu)。該綜述以Recent advances in stimuli-responsive shapemorphing hydrogels為題發(fā)表在Advanced Functional Materials上。

水凝膠是含水的聚合物網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)物理（例如范德華力、氫鍵）相互作用或化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交聯(lián)，含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以達(dá)到90%。通常情況下，增加交聯(lián)密度和引入填料來(lái)提高水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度，有利于通過(guò)3D打印方法制備水凝膠。

水凝膠可以在各種化學(xué)和物理刺激下進(jìn)行可控的形狀變形，聚合物網(wǎng)絡(luò)通過(guò)吸收水或釋放水來(lái)觸發(fā)體積增加（膨脹）和減少（收縮），因此被廣泛用作“智能”材料。