Strain-Stiffening Transparent Hydrogel: Integrating Mechanical Adaptability and Solar Polarization Positioning

自愈水凝胶 材料科学 微尺度化学 适应性 纳米技术 背景(考古学) 生态学 数学 生物 数学教育 古生物学 高分子化学
作者
Zequn Lin,Raoyu Qiu,Jingyu Xu,Liang Gao
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.3c03639
摘要

Certain biological tissues exhibit the remarkable ability to rapidly stiffen in response to deformation, serving as a defense mechanism while concurrently polarizing incident light for navigation purposes. However, seamlessly integrating these distinct mechanical and optical properties into a single wet and soft synthetic material has proven challenging. In this study, we introduce a novel methodology to engineer a series of transparent anisotropic hydrogels. This approach involves low-humidity evaporation solvent gelation followed by structural reconstruction through sequential prestretching, cross-linking, and releasing steps. The resulting hydrogels boast high optical clarity, notable birefringence, and a significant strain-stiffening capacity of 10.4 at small strain intervals. Moreover, we enhanced the biomimetic capabilities of these hydrogels by incorporating dichroic molecules through a meticulous dyeing process. This integration allows us to demonstrate a biomimetic application, specifically in the context of solar polarization positioning. This research represents a substantial advancement in the development of synthetic materials that emulate the sophisticated mechanical and optical features observed in natural biological tissues.

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