Poly(N‐isopropylacrylamide)‐Clay Nanocomposite Hydrogels with Responsive Bending Property as Temperature‐Controlled Manipulators

材料科学 自愈水凝胶 聚(N-异丙基丙烯酰胺) 弯曲 纳米复合材料 复合材料 低临界溶液温度 收缩率 聚合 纳米技术 聚合物 共聚物 高分子化学
作者
Yao Chen,Zhuang Liu,Chao Yang,Wei Wang,Xiao‐Jie Ju,Rui Xie,Liang‐Yin Chu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:25 (20): 2980-2991 被引量:378
标识
DOI:10.1002/adfm.201500420
摘要

Novel poly( N ‐isopropylacrylamide)‐clay (PNIPAM‐clay) nanocomposite (NC) hydrogels with both excellent responsive bending and elastic properties are developed as temperature‐controlled manipulators. The PNIPAM‐clay NC structure provides the hydrogel with excellent mechanical property, and the thermoresponsive bending property of the PNIPAM‐clay NC hydrogel is achieved by designing an asymmetrical distribution of nanoclays across the hydrogel thickness. The hydrogel is simply fabricated by a two‐step photo polymerization. The thermoresponsive bending property of the PNIPAM‐clay NC hydrogel is resulted from the unequal forces generated by the thermoinduced asynchronous shrinkage of hydrogel layers with different clay contents. The thermoresponsive bending direction and degree of the PNIPAM‐clay NC hydrogel can be adjusted by controlling the thickness ratio of the hydrogel layers with different clay contents. The prepared PNIPAM‐clay NC hydrogels exhibit rapid, reversible, and repeatable thermoresponsive bending/unbending characteristics upon heating and cooling. The proposed PNIPAM‐clay NC hydrogels with excellent responsive bending property are demonstrated as temperature‐controlled manipulators for various applications including encapsulation, capture, and transportation of targeted objects. They are highly attractive material candidates for stimuli‐responsive “smart” soft robots in myriad fields such as manipulators, grippers, and cantilever sensors.
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