Overcoming Water Diffusion Limitations in Hydrogels via Microtubular Graphene Networks for Soft Actuators

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作者
Margarethe Hauck,Lena M. Saure,Berit Zeller‐Plumhoff,Sören Kaps,Jörg U. Hammel,Caprice Mohr,Lena Rieck,Ali Shaygan Nia,Xinliang Feng,Nicola Pugno,Rainer Adelung,Fabian Schütt
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (41)
标识
DOI:10.1002/adma.202302816
摘要

Hydrogel-based soft actuators can operate in sensitive environments, bridging the gap of rigid machines interacting with soft matter. However, while stimuli-responsive hydrogels can undergo extreme reversible volume changes of up to ≈90%, water transport in hydrogel actuators is in general limited by their poroelastic behavior. For poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) the actuation performance is even further compromised by the formation of a dense skin layer. Here it is shown, that incorporating a bioinspired microtube graphene network into a PNIPAM matrix with a total porosity of only 5.4% dramatically enhances actuation dynamics by up to ≈400% and actuation stress by ≈4000% without sacrificing the mechanical stability, overcoming the water transport limitations. The graphene network provides both untethered light-controlled and electrically powered actuation. It is anticipated that the concept provides a versatile platform for enhancing the functionality of soft matter by combining responsive and 2D materials, paving the way toward designing soft intelligent matter.
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