久久精品免费观看_欧美日韩精品电影_91看片一区_日日夜夜天天综合

粘彈性是高分子材料和軟生物組織的固有特性。硬水凝膠在力的裝卸過(guò)程中存在很大的滯后性，這是由于硬水凝膠具有密集而強(qiáng)大的相互作用所形成的物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。在力卸載后，這些凝膠的恢復(fù)通常需要時(shí)間。硬水凝膠的回復(fù)速度可以通過(guò)超分子網(wǎng)絡(luò)和環(huán)境條件進(jìn)行調(diào)整。近期，浙江大學(xué)鄭強(qiáng)、吳子良團(tuán)隊(duì)利用硬水凝膠釋放彈性能量的時(shí)間依賴(lài)性，通過(guò)工程設(shè)計(jì)硬凝膠的粘彈性失配，實(shí)現(xiàn)程序化變形。通過(guò)具有不同時(shí)間變形的雙層水凝膠的設(shè)計(jì)，使得材料主體一部份可以快速恢復(fù)，一部分慢速回復(fù)。這樣，材料不需要改變環(huán)境條件就會(huì)經(jīng)歷了一個(gè)快速的形狀改變過(guò)程，然后是一個(gè)緩慢的形狀恢復(fù)過(guò)程，最終恢復(fù)其原始狀態(tài)。這種機(jī)制使硬水凝膠通過(guò)不同的變形途徑將粘彈性失配重新編程為不同的構(gòu)型。該工作以題為“Engineering Viscoelastic Mismatch for Temporal Morphing of Tough Supramolecular Hydrogels”的文章，發(fā)表于Materials Horizons上。

雙層水凝膠設(shè)計(jì)驗(yàn)證

通過(guò)選擇了兩種具有明顯粘彈性特性差異的堅(jiān)韌的超分子凝膠來(lái)證明粘彈性-梯度誘導(dǎo)的時(shí)間變形的概念，即聚（丙烯酰胺-共-甲基丙烯酸）水凝膠（AM）和聚（甲基丙烯酰胺-共-丙烯酸）水凝膠（MM）。這些羧酸和酰胺基之間具有密集糾纏和氫鍵結(jié)合的凝膠具有優(yōu)異的力學(xué)性能和顯著的粘彈性，而 MM凝膠比AM凝膠具有相對(duì)較高的剛度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。因此MM凝膠具有更長(zhǎng)的時(shí)間響應(yīng)性。當(dāng)MM凝膠和AM凝膠結(jié)合時(shí)，兩種凝膠的不同回收速度會(huì)導(dǎo)致預(yù)拉伸和釋放后的應(yīng)變錯(cuò)配和形狀變形。從100%應(yīng)變的預(yù)拉伸中釋放后，雙層凝膠在1s內(nèi)迅速?gòu)澢晒危缓笾饾u恢復(fù)原來(lái)的扁平形狀。這與大多數(shù)刺激響應(yīng)材料的形狀變化不同，粘彈性誘導(dǎo)的變形是自發(fā)的且具有時(shí)間性的，不需要任何的環(huán)境刺激。

雙層水凝膠自發(fā)變形、回收及軟體機(jī)器人應(yīng)用驗(yàn)證

通過(guò)在雙層凝膠中加入各種不同的圖案來(lái)獲得不同的瞬態(tài)構(gòu)型。這主要是利用雙層凝膠的結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)性也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)變的梯度分布，從而發(fā)生與期望的構(gòu)型一致的變形。通過(guò)編程初始結(jié)構(gòu)和/或應(yīng)用多軸預(yù)拉伸，可以獲得更復(fù)雜的構(gòu)型。如圖片案例鐘凝膠在預(yù)拉伸后自發(fā)變形，迅速閉合形成盒子或花結(jié)構(gòu)，然后慢慢打開(kāi)形成原來(lái)的平面形。雙層凝膠的時(shí)間變形和瞬態(tài)構(gòu)型也可以通過(guò)空間調(diào)節(jié)硬凝膠的粘彈性來(lái)調(diào)節(jié)。如生理鹽水處理被用來(lái)局部調(diào)整AM和MM凝膠的粘彈性特性。當(dāng)在鹽水溶液中平衡時(shí)，AM凝膠的楊氏模量(E)隨鹽度增加；AM凝膠在2M氯化鈉溶液中楊氏模量是純水的500倍，并且只有輕微收縮（每個(gè)方向的<為4%）。這是因?yàn)樯睇}水降低了溶劑的質(zhì)量，并增強(qiáng)了氫鍵的結(jié)合。兩種凝膠的Tg均通過(guò)生理鹽水處理得到提高，因此增強(qiáng)的氫鍵使凝膠處于當(dāng)時(shí)的變形狀態(tài)，表現(xiàn)出一定程度的塑性。

利用抗凝膠的粘彈性誘導(dǎo)時(shí)間變形可以設(shè)計(jì)具有自發(fā)形狀變化和恢復(fù)獨(dú)特特征的軟體機(jī)器人執(zhí)行器。如將部分雙層凝膠條拉伸，然后在生理鹽水中固化，以?xún)?chǔ)存的彈性能固定的形狀。當(dāng)凝膠條被轉(zhuǎn)移到水中時(shí)，它表現(xiàn)出快速?gòu)澢途徛謴?fù)的時(shí)間變形。凝膠帶的這種行為可以作為一個(gè)自發(fā)的鉤子來(lái)自我抓取和釋放一個(gè)物體。通過(guò)控制生理鹽水處理的持續(xù)時(shí)間，以調(diào)整不同部位的延遲變形，在凝膠條中實(shí)現(xiàn)了延遲變形的發(fā)生。將雙層凝膠的四個(gè)“指”和一個(gè)“臂”拉伸至50%的應(yīng)變，然后分別用2M氯化鈉溶液處理3 min和6 min。處理過(guò)的凝膠被固定在一條玩具魚(yú)上，作為一個(gè)自動(dòng)的軟夾具，“手指”卷曲抓住玻璃球，然后“手臂”彎曲舉起球。當(dāng)玩具魚(yú)到達(dá)目的地后，由于凝膠的自我恢復(fù)，球會(huì)自發(fā)地從夾子中釋放出來(lái)。

上面展示的水凝膠執(zhí)行器的變形是自發(fā)的，但恢復(fù)需要數(shù)百到數(shù)千秒。為了解決這一限制，粘彈性凝膠的恢復(fù)動(dòng)力學(xué)也可以通過(guò)其他刺激來(lái)調(diào)節(jié)。例如，四氧化三鐵納米顆粒（平均尺寸25 nm）作為光熱劑加入到凝膠基質(zhì)中，以調(diào)節(jié)納米復(fù)合材料凝膠的粘彈性恢復(fù)速度。在520 nm激光照射下，凝膠的局部溫度在1s內(nèi)從20℃迅速上升到65℃，加速了恢復(fù)過(guò)程。同時(shí)四氧化三鐵納米粒子加入后，水凝膠還可以受到磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。激光調(diào)節(jié)配置和硬凝膠的磁驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的結(jié)合，使多功能軟機(jī)器人的設(shè)計(jì)成為可能。四臂雙層凝膠可以通過(guò)預(yù)拉伸誘導(dǎo)的自發(fā)變形自包裹貨物，并在磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下將貨物運(yùn)送到目的地。貨物的釋放是通過(guò)激光觸發(fā)回收變形凝膠的單臂來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

小結(jié)：該文章通過(guò)工程上的設(shè)計(jì)使得材料整體發(fā)生粘彈性失配來(lái)實(shí)現(xiàn)堅(jiān)韌水凝膠的暫時(shí)性的變形。這一策略解決了水凝膠材料的變形速度和力學(xué)韌性之間的權(quán)衡。硬凝膠的形狀變形過(guò)程在恒定條件下是自發(fā)的，具有快速變形后緩慢恢復(fù)到原始狀態(tài)的特點(diǎn)。這是第一次嘗試?yán)谜硰椥宰鳛橐环N新的調(diào)節(jié)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)硬水凝膠的程序化形狀變形。這一策略將為無(wú)響應(yīng)的粘彈性材料在軟執(zhí)行器、軟機(jī)器人、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備和柔性電子設(shè)備的應(yīng)用提供良好的前景。