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浙江大学赵骞《Chemistry of Materials》光开-关动态网络时间编程自主变形水凝胶

时间:2026-01-03 01:18:22
浙江大学赵骞《Chemistry of Materials》光开-关动态网络时间编程自主变形水凝胶
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浙江大学赵骞教授团队在《Chemistry of Materials》发表了关于光开-关动态网络时间编程自主变形水凝胶的研究,该研究提出利用动态离子键作为时间编程机制,结合光响应性二硫键交联,实现了水凝胶的自主无触发变形及多功能应用。研究背景与意义传统响应性材料依赖外部刺激触发,而时间可编程材料能自主响应,但分子促成机制尚未充分开发,限制了其在功能装置中的应用。浙江大学赵骞教授团队提出,坚韧水凝胶中的动态离子键可作为有效且普遍适用的时间编程机制,实现无需外部触发的精确操纵变形行为。研究内容与方法动态网络设计:在水凝胶网络中掺入可光转换的动态二硫键,引入空间控制几何形变路径的机制。动态离子键与光响应性二硫键交联协同作用,实现时间可编程性和光可定义性。分子机制:二硫化物交换的光塑性:光响应性二硫键交联提供可塑性,允许平面水凝胶永久成型为3D几何形状。离子交换的时间编程:调节离子交联键,操纵离子交换介导的形状恢复动力学,实现时间编程。实验结果与讨论离子水凝胶的时间编程行为:DHx水凝胶展现出特定的机械性能和杨氏模量、膨胀率。折叠测试评估回收率,比较水凝胶的应变恢复动力学。不同编程时间下(1、30、180、720分钟)的恢复动力学差异显著。DH25的时空编程和恢复实验,验证了时间编程的可行性。光致可塑性永久性重塑:DH25的保形性与照射时间正相关。宏观重塑照片展示水凝胶的3D成型能力。压印顺序重塑表面图案,实现多尺度结构控制。制造出具有多尺度结构的水凝胶蜻蜓,验证光塑性的精细控制能力。结合光致可塑性和时间编程的变形:两把自折叠椅子实验,展示不同恢复动力学。举重运动员模型,起立快、起举慢,验证时间控制的部署能力。支架被困在不同位置,证明时间编程在复杂变形中的应用潜力。研究总结与展望该工作开发了具有正交动态交联的3D自主形变水凝胶,结合了光响应性二硫键交联的可塑性和离子交联的时间可编程性。通过调节离子交联键,实现了大时间窗口内的形状恢复动力学操纵,为通过改变变形时间调整变形速度提供了基础。时间编程允许无触发方式控制变形行为,光塑性和时间可编程性的结合为制造新型变形装置提供了机会,这些装置与最常见的刺激响应性装置截然不同。
时间:2026-01-03 01:18:28
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