Beyond Swelling and Shrinking: Achieving a Quasi‐Isovolumetric Phase Transition in Water‐Driven Thermo‐Responsive Hydrogels via Enthalpy–Entropy Compensation

自愈水凝胶 相变 材料科学 上临界溶液温度 热的 热稳定性 相(物质) 肿胀 的 纳米技术 不稳定性 热能 补偿(心理学) 化学物理 熵(时间箭头) 热涨落 能量转换 相变 化学工程
作者
Xin Yang,Haofei Qie,Song Ma,Xipeng Yang,Sha Li,Ningyan Li,Pengrui Liu,C ZHANG,Shaoyu Lü
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e9390820-e9390820
标识
DOI:10.1002/anie.9390820
摘要

Thermo-responsive hydrogels hold promise in various fields for their reversible phase transition behavior, but often at the expense of high energy consumption from external thermal inputs and volumetric swelling/shrinkage from phase transition. Herein, we present a water-driven phase transition strategy that circumvents thermal triggers while retaining upper critical solution temperature (UCST)-type thermo-responsiveness via enthalpy-entropy compensation. The UCST phase transition arises from entropy loss due to hydrophobic interactions within the hydrogel networks. By modulating the enthalpy/entropy balance, we achieve hydrogels with desired responsiveness, exemplified by a rapid (130 s) and quasi-isovolumetric (volume change of 1.2) phase transition under mild conditions (water, 25°C). This strategy leverages water as a stimulus, enabling phase transitions that align with the compatibility requirements of biogenic materials, since the risks related to thermal triggers can be avoided. Our strategy thus offers a pathway to thermo-responsive hydrogels without thermal energy input, while mitigating volumetric instability challenges in practical applications, such as body temperature triggered information encryption and human brain mimic dynamic memory-forgetting.
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