Rapid Photothermal-Responsive Soft Hydrogel Actuator Contained Ti 3 C 2 T x MXene and Laponite Clay with Enhanced Mechanical Properties

材料科学 光热治疗 复合材料 化学工程 执行机构 纳米技术 电气工程 工程类
作者
Siyuan Diao,Lili Meng,Christian Mark Pelicano,Jiajia Huang,Zhihong Tian,Feili Lai,Tianxi X. Liu,Shaokui Cao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (33): 44067-44076 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acsami.4c09539
摘要

Photothermal responsive hydrogels are widely used in bionic soft actuators due to their remote-controlled capabilities and flexibility. However, their weak mechanical properties and limited responsiveness hinder their potential applications. To overcome this, we developed an innovative laponite/MXene/PNIPAm (L x M y PN) nanocomposite hydrogel that is mechanically robust and exhibits excellent photothermally responsive properties based on abundant hydrogen bonds. Notably, laponite clay is used as a co-cross-linking agent to improve the mechanical properties of L x M y PN hydrogel, while MXene nanosheets are added to promote the photothermal responsiveness. The resulting L 3 M 0.4 PN nanocomposite hydrogel exhibits enhanced mechanical properties, with a compressive strength of 0.201 MPa, a tensile strength of 90 kPa, and a fracture toughness of 27.25 kJ m –2 . In addition, the L 3 M 0.4 PN hydrogel displays a deswelling ratio of 73.6% within 60 s and experiences an excellent volume shrinkage of 82.4% under light irradiation. Furthermore, hydrogel actuators with fast response behaviors are constructed and employed as grippers capable of grasping and releasing target objects. Overall, this high-strength and fast-responsive hydrogel actuator is beneficial to paving the way for remote controlled soft robots.
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