Phototunable, Reconfigurable, and Complex Shape Transformation of Fe3+-Containing Bilayer Polymer Materials

双层 聚合物 材料科学 转化(遗传学) 结晶学 复合材料 化学工程 纳米技术 化学 工程类 生物化学 基因
作者
Lei Wang,Jingtao Jiang,Chenghao Dai,Huilan Zeng,Yifan Shang,Yongqi Liu,Qiyan Yin,Gengsheng Weng
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:34 (16): 7481-7492 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.2c01624
摘要

The design of materials that can mimic the complex shape-morphing phenomena in nature is important for applications in soft robotics, biomedical devices, and sensors. Yet, morphing a two-dimensional thin plate into a programmed complex three-dimensional (3D) shape is still challenging. Herein, we demonstrate a new paradigm for designing a photothermal shape-transformable Fe3+-containing polymer film (FePF) coated with a patterned inactive black-tape strip layer. The near-infrared (NIR) light-triggered dehydrative shrinkage of the FePF layer drives the bending of the inactive layer toward the FePF layer. Various reversible 3D shapes, including a complex "human face" and gripping-force-tunable soft grippers, are fabricated by the experimental pattern design of the inactive layer with the aid of theoretical simulations. The white-light sensitive dynamic coordination of Fe3+–Alanine (Ala) enables tunability of the deformation degree under white-light irradiation. The deformation rate is also tunable by adjusting the Fe-to-Ala mole ratio, humidity, NIR light intensity, and FePF thickness. These shape transformations are reconfigurable through the simple peeling off and repatterning of the black-tape strip layers. Our simple and scalable design strategy without an intricate heterogeneity design in material properties provides guidance for fabricating new soft robotics and biomimetic systems.
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