Thermoresponsive double-network hydrogel/elastomer hybrid bilayer laminates with high interfacial toughness and controllable shape deformations

材料科学 弹性体 聚二甲基硅氧烷 双层 自愈水凝胶 复合材料 图层(电子) 执行机构 粘附 化学工程 高分子化学 化学 生物化学 电气工程 工程类
作者
Xuefeng Li,Yuliang Zhao,Danni Xu,Dapeng Li,Wei Wang,Dezheng Hu,Yiwan Huang,Shijun Long
出处
期刊:Polymer [Elsevier]
卷期号:286: 126381-126381
标识
DOI:10.1016/j.polymer.2023.126381
摘要

Thermoresponsive hydrogel-based actuators have shown great potential in tissue engineering, biosensors and soft robots, while the preparation of temperature-driven bilayer hydrogel actuators with rapid responseness and recovery properties remains a challenge. Inspired by the layered heterostructure of human skin, we developed a Janus bilayer structure actuator consisting of thermoresponsive double network (TDN) hydrogel and polydimethylsiloxane (PDMS) elastomer with tough interface adhesion. Specifically, PNaAMPS/P(NIPAM-co-AAm) TDN hydrogel via photocopolymerization of N-isopropyl acrylamide (NIPAM) and acrylamide (AAm) and reinforced by microgel poly(2-acrylamide-2-methylpropane sulfonate sodium salt) (PNaAMPS) was in situ grafted onto benzophenone-activated PDMS surface, exhibiting strong interface adhesion (628 Jm-2 adhesion energy). The thermoresponsive shape deformations of the double-layer structure actuator were controllable by adjusting hydrogel/elastomer thickness ratio and introduction of metal ions, taking advantage of the different swelling and shrinkage characteristics of the hydrogel layer and the elastomer layer. The TDN/PDMS bilayer structure actuator, which integrates the "Janus" structure, thermal responsiveness and photothermal conversion, provides new ideas for the application and remote control of soft robots and soft actuators.
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