Thermoresponsive bilayer hydrogel with switchable bending directions as soft actuator

材料科学 双层 弯曲 自愈水凝胶 执行机构 复合材料 乙烯醇 肿胀 的 聚合物 化学工程 纳米技术 高分子化学 计算机科学 化学 人工智能 工程类 生物化学
作者
Jiajie Zhang,Letian Zheng,Zhujian Wu,Lian Wang,Yongjin Li
出处
期刊:Polymer [Elsevier BV]
卷期号:253: 124998-124998 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.polymer.2022.124998
摘要

Shaping-deforming thermoresponsive hydrogel actuators have showed great potential toward comprehensive application in artificial intelligence including soft robots and advanced electronics. Despite research progress in designing hydrogels with complexed molecular and hierarchy structures, integrating feasible manufacturing process and switchable shape transformation remained a challenge. Herein, we reported a straightforward strategy to develop a novel actuator by asymmetric composed bilayer hydrogel. Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) and poly(vinyl alcohol) PVA have been applied to fabricate PNIPAM/(PNIPAM/PVA) bilayer hydrogel in which water shrinkage speed could be tuned by PVA crystallinity. Interpenetration of PVA into PNIPAM network promised a faster water losing speed than PNIPAM while a slowed down water diffusion was observed when PVA crystalized during freezing/thawing cycle. Consequently, the hydrogel exhibits two opposite bending behavior under the same temperature-driven process. In addition, the hydrogen bond interaction between PVA and PNIPAM endows the bilayer hydrogel with excellent interfacial adhesion, which prevents delamination after several freezing/thawing cycles and shrinkage/swelling cycles. Approaches in this study points to a future direction in designing and fabricating intelligent materials for several scenarios including soft robotics and biomedical devices.
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