主要观点总结
本文报道了一种具有层状约束多孔结构的溶剂适应性水凝胶的制备及其多模态运动性能的研究。该水凝胶在恶劣环境中表现出快速的各向异性刺激响应形变,具有高环境耐受性和多重响应性,解决了传统水凝胶驱动器在响应速度、变形可编程性和运动能力方面的限制。
关键观点总结
关键观点1: 引入层状各向异性结构
通过程序化组装定向约束聚合的策略,在预先设计的各向异性层状银纳米线(AgNW)/海藻酸钠(SA)气凝胶(ASAA)支架中单向冷冻辅助聚合聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM),制备了具有层状约束多孔结构的水凝胶。
关键观点2: 快速各向异性刺激响应形变
得益于分级各向异性和坚固的结构,所获得的水凝胶在恶劣环境中表现出快速的各向异性刺激响应形变,优于已报道的热活性水凝胶驱动器,且100天内在所有极性溶剂中的响应速率几乎不变。
关键观点3: 多重溶剂中的可编程多模态运动
水凝胶还实现了光控可编程的多步态运动,包括在水和非极性溶剂中的可控爬行和旋转,以及在极性溶剂中的3D自推进漂浮和游动。运动幅度和方向精确地预编码在水凝胶驱动器的固有结构取向中。
关键观点4: 制备方法和结构表征
先将银纳米线和海藻酸钠的混合物滴在硅模具上,通过双向冷冻组装和冷冻干燥得到ASAA支架,然后进行离子交联增强机械性能。接着填充可聚合前体溶液,经过单向冷冻和聚合过程,最终制备出层状各向异性结构的ASPC水凝胶。
关键观点5: 广泛的潜在应用
该水凝胶的快速响应、多模态运动和高环境适应性使其在柔性智能驱动器的设计和构建中具有重要应用,为在极端环境中稳定应用的柔性智能驱动器提供了有益的见解。
文章预览
可编程多模态运动的层状约束多孔结构溶剂适应性水凝胶 生物有机体因其多层次各向异性的结构可实现灵活可控运动,而人造柔性驱动器因结构设计的不足,在响应速度、变形可编程性和运动能力方面受限。传统水凝胶通常具有均匀的网络结构,在外界刺激下一般进行各向同性的变形,且当暴露于液体时,聚合物网络的松散交联机制使得传统水凝胶的环境适应性和稳定性较差,响应速度受限于水分子扩散过程也较慢。通过引入高度排列的纳米单元构建的各向异性结构水凝胶虽然取得了一定进展,但在组装结构的层级和精度上仍远落后于自然生物组织,表现出有限的三维构型变化和仿生运动,驱动速度也受到限制。在水凝胶中引入多孔状网络结构虽能提高其响应速度和环境耐受性,但作为驱动器时在刺激下仍表现出各向同性变形。因此, 制备兼具
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