Bioinspired hydrophobic pseudo-hydrogel for programmable shape-morphing

变形 自愈水凝胶 计算机科学 纳米技术 材料科学 计算机图形学(图像) 高分子化学
作者
Zhigang Wang,Haotian Hu,Zefan Chai,Yuhang Hu,Siyuan Wang,Cheng Zhang,Chunjie Yan,Jun Wang,Wesley Coll,Tony Jun Huang,Xianchen Xu,Heng Deng
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-56291-1
摘要

Inspired by counterintuitive water "swelling" ability of the hydrophobic moss of the genus Sphagnum (Peat moss), we prepared a hydrophobic pseudo-hydrogel (HPH), composed of a pure hydrophobic silicone elastomer with a tailored porous structure. In contrast to conventional hydrogels, HPH achieves absorption-induced volume expansion through surface tension induced elastocapillarity, presenting an unexpected absorption-induced volume expansion capability in hydrophobic matrices. We adopt a theoretical framework elucidating the interplay of surface tension induced elastocapillarity, providing insights into the absorption-induced volume expansion behavior. By systematically programming the pore structure, we demonstrate tunable, anisotropic, and programmable absorption-induced expansion. This leads to dedicated self-shaping transformations. Incorporating magnetic particles, we engineer HPH-based soft robots capable of swimming, rolling, and walking. This study demonstrates a unusual approach to achieve water-responsive behavior in hydrophobic materials, expanding the possibilities for programmable shape-morphing in soft materials and soft robotic applications. Shape-changing materials have potential in a range of applications, but these transformations can be challenging to control. Here, the authors report the hydrophobic pseudo-hydrogel, which utilizes absorption-induced expansion via elastocapillarity to enable versatile soft robotic applications.
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