浙江大学赵骞《材料化学》光开关动态网络时间

【科研摘要】

响应性材料通常需要外部刺激才能触发。相比之下，时间可编程材料表现出具有独特吸引力的自主无触发响应。然而，它在很大程度上尚未被充分利用的分子促成机制阻止了它扩展到功能多样的装置中。最近，浙江大学赵骞教授团队题出坚韧的水凝胶中的动态离子键可以是一种有效且普遍适用的时间编程机制。这导致异常的变形行为，无需任何外部触发即可精确操纵。

在水凝胶网络中进一步掺入可光转换的动态二硫键，引入了另一种用于几何形变路径的空间控制的机制。时间可编程性和光可定义性的协同作用使人们可以使用多功能变形装置，其功能超越了传统系统。相关论文以题为Autonomous Shapeshifting Hydrogels via Temporal Programming of Photoswitchable Dynamic Network发表在《Chemistry of Materials》上。

【主图见析】

图1.正交动态网络的设计以及对其变形行为进行编程的分子机制。(a)单体和交联剂的分子结构。(b)二硫化物交换的光塑性。(c)通过离子交换进行时间编程的分子机制。

图2.离子水凝胶的时间编程行为。(a)DHx水凝胶的机械性能。(b)DHx水凝胶的杨氏模量和膨胀率。(c)折叠测试，以评估回收率。(d)比较水凝胶的应变恢复动力学。(e)在不同的编程时间下DH25的恢复动力学:1、30、180和720分钟。(f)DH25的时空编程和恢复。标识为(i)，(ii)和(iii)的区域分别对应于1分钟，30分钟和180分钟的编程时间。比例尺为5毫米。

图3.通过光致可塑性永久性重塑。(a)DH25的保形性和照射时间之间的相关性。(b)宏观重塑的照片。比例尺为5毫米。(c)通过压印顺序重塑表面图案。比例尺为50μm。(d)具有多尺度结构的水凝胶蜻蜓。左边两幅图像的比例尺为5 mm，右边两幅图像的比例尺为10μm。

图4.通过结合光致可塑性和时间编程实现的变形。(a)两把自折叠椅子具有不同的恢复动力学。(b)举重运动员，起立快，起举慢。(c)由于受到时间控制的部署，支架被困在不同的位置。所有比例尺均为5毫米。

【总结】

该工作开发了具有正交动态交联的3D自主形变水凝胶。由光响应性二硫键交联提供的可塑性和由离子交联实现的时间可编程性被并入水凝胶网络中。将可塑性用于将平面水凝胶永久成型为3D几何形状。通过调节离子交联键，水凝胶具有较大的时间窗口，可用于操纵离子交换介导的形状恢复动力学。这为通过简单地改变变形时间而在大范围内调整相同材料的变形速度提供了基础，这一过程称为时间编程。时间编程允许以无触发的方式实现对变形行为的控制。光塑性和时间可编程性的结合提供了制造与最常见的刺激响应性装置截然不同的变形装置的机会。

参考文献:10.1021/acs.chemmater.0c04375

文章来源：《功能材料与器件学报》 网址: http://www.gnclyqjxb.cn/zonghexinwen/2021/0317/536.html