宁波大学翁更生课题组《Chem. Mater.》:光调控、可重构、可复杂变形的含Fe3+双层聚合物材料
2022-08-09 来源:高分子科技
在自然界中,光、温度、湿度等环境条件发生改变时,可以诱发植物的3D变形。受到植物这种3D变形的启发,多种变形材料已经在软体机器人、生物医学设备和传感器中得到了应用。在上述这些研究工作中,将二维(2D)薄膜可控变形为三维形状仍然是一个具有挑战性的问题,这是因为实现聚合物平面内尺寸的可控变化存在难度,往往只能实现零高斯曲率的形变。为了实非零高斯曲率的形变,目前大多采用平面内材料性质非均匀性设计策略,比如:交联的变化、聚合物光刻、光热纳米粒子图案化和引入非膨胀组分或定向铁磁粒子等,但这些策略需要在材料性能方面进行复杂的非均匀设计,并在可扩展性、复杂形变、形变的重构和成本等方面受到限制。近年来,具有活性层和定制图案的非活性层的双层变形材料吸引了许多研究兴趣,因为这种双层图案策略可用于产生可扩展的复杂形状转化。
图1.(a)聚合物薄膜网络结构设计;(b)在白光照射下Fe3+-Ala解离的示意图;(c)P(DMA-co-AlaHPMA)水凝胶在不同白光照射时间下的紫外可见吸收光谱。
图2.(a)变形材料TSMFePF的制备过程;(b-e)贴有4种不同类型图案黑色胶带的TSMFePFs的形变结果;(f-i)有限元建模(FEM)中的模拟结果。
图3.(a-c)白光照射时间对形变程度的影响;(d-e)Fe-to-Ala摩尔比、相对湿度(RH)对抓取时间的影响;(f-g)形变可逆性;(h)可编程性。
图4.(a)有限元模拟中设计的人脸状薄膜;(b)近红外光照射前(左)和照射后(右)的人脸状薄膜;(c)剥去黑色胶带后的人脸状薄膜;(d)人脸状薄膜的有限元模拟结果。
图5.(a)四臂软抓手抓取物体的过程;(b)抓取力测试方法示意图;(c-e)四臂、三臂和六臂软抓手的力-位移曲线;(f)最大抓取力与软抓手臂数的关系;(g-h)双曲率抓手的设计方案及力-位移曲线。
文章链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.2c01624
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(责任编辑:xu)
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