Advanced Materials:分布电场诱导取向法制备复杂有序结构水凝胶及其可控变形

有机生物体利用肌肉组织的各向异性的膨胀和收缩,实现了复杂、可控的变形与运动功能,以适应环境的变化或躲避天敌的追捕。在自然生物启发下,研究者们致力于开发具有各向异性结构的响应性软材料,并将其应用于生物工程、软驱动器、软体机器人等领域。电场和磁场诱导分子、粒子取向是制备各向异性软材料的有效途径。但是,如何构筑复杂取向结构是仿生驱动器设计中的难题之一。

浙江大学高分子系郑强、吴子良团队与拜罗伊特大学Josef Breu教授合作,报道了一种在分布式电场作用下,制备具有复杂有序结构的纳米片复合水凝胶的简单而高效的方法。通过改变电极的形状、相对位置,可以有效调控电场分布并诱导纳米片沿电场方向取向,从而制备出具有复杂取向结构的纳米复合水凝胶。在外界刺激下,复合水凝胶的不同局部发生各向异性变形,在内部应力的驱动下形成特定的三维构型。通过动态光照射驱动局部变形,使该复合水凝胶具有一定的运动能力。

这种基于分布电场诱导复杂取向的策略适用于其他纳米粒子、液晶分子以及弹性体、热固性聚合物体系。所制备的各向异性软材料有望应用于柔性电子、软驱动器等领域。相关论文发表于Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.202005567)。