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Remotely Controlled Light/Electric/Magnetic Multiresponsive Hydrogel for Fast Actuations

材料科学 执行机构 弯曲 复合材料 人工肌肉 光电子学 双层 导电体 磁流变液 自愈水凝胶 磁场 计算机科学 膜 人工智能 物理 高分子化学 生物 量子力学 遗传学
作者
Xianshuo Wei,Qijun Wu,Chen Lian,Ye Sun,Lin Chen,Chunmei Zhang,Shanshan Li,Chunxin Ma,Shaohua Jiang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (7): 10030-10043 被引量:56
标识
DOI:10.1021/acsami.2c22831
摘要

As a kind of soft smart material, hydrogel actuators have extensive development prospects, but it is still difficult for these actuators to integrate multiresponsiveness, multiple remote actuation, high strength, fast responsiveness, and programmable complex deformation. Herein, we have explored an anisotropic bilayer hydrogel actuator with an Fe 3 O 4 /co-poly(isopropylacrylamide-4-benzoylphenyl acrylate) [Fe 3 O 4 /P(NIPAM-ABP)] active layer and an isotropic conductive adhesive (ICAs) passive layer based on the layer-by-layer method. Benefiting from the fibrosis and porosity of the Fe 3 O 4 /P(NIPAM-ABP) hydrogel, the ICAs-Fe 3 O 4 /P(NIPAM-ABP) hydrogel actuator has excellent mechanical strength (tensile strength of 3.1 ± 0.3 MPa) and response speed (temperature (45 °C): bending speed of 2400.3°/s; near-infrared (NIR) light: bending speed of 356.4°/s; electricity (2 V): bending speed of 180°/s; water (10 °C): recovery speed of 30.0°/s). In addition, the good photothermal properties and magnetic conductivity of Fe 3 O 4 nanoparticles provide precise remotely controllable light- and magnetic-actuated properties for the hydrogel actuator. The Ag microsheets with excellent conductivity (1.4 × 10 4 S/cm) provide remotely controllable electrical-actuated property for the hydrogel actuator. Combined with the responsiveness of P(NIPAM-ABP), the actuator can achieve short-range actuation including temperature-, ethanol-, and salt-responses. More importantly, it can achieve remote actuation including light, electrical, and magnetic responses. Finally, the Fe 3 O 4 /P(NIPAM-ABP) fibers can provide excellent anisotropic structures for the actuator to achieve precise deformational programmability. Inspired by some phenomena in nature, several actuating devices with the above characteristics have been successfully developed. This study can provide a general method for multifunctional anisotropic hydrogel actuators and will provide a new strategy for exploring smart materials suitable for complex bioinspired systems.
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