Tough and Fast Thermoresponsive Hydrogel Soft Actuators

自愈水凝胶 执行机构 材料科学 生物医学工程 计算机科学 高分子化学 工程类 人工智能
作者
Xi Zhang,Shazed Aziz,Zhonghua Zhu
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
卷期号:10 (10) 被引量:7
标识
DOI:10.1002/admt.202401920
摘要

Abstract Thermoresponsive hydrogels hold significant potential for soft actuators due to their ability to undergo reversible shape deformation in response to temperature changes. However, the mechanical brittleness along with slow actuation responsiveness of such hydrogels limit their usage in high‐stress environments. Herein, the design and fabrication of tough and fast‐responding thermoresponsive double‐network (DN) hydrogels, specifically developed for use in soft actuators, are introduced. Using a one‐pot free‐radical polymerization method, DN hydrogels composed of a poly(N‐isopropylacrylamide) (PNIPAm) thermoresponsive first network and an ether‐based polyurethane (EPU) second network, providing both mechanical strength and fast response to temperature variation are synthesized. The fabricated hydrogels exhibit excellent mechanical properties, with an ultimate compressive stress of ≈8 MPa, and demonstrate rapid actuation, achieving ≈30% linear contraction and ≈28% radial contraction within 2 min under hydrothermal conditions at 50 °C. Furthermore, tubular soft actuators fabricated from these hydrogels demonstrate the ability to act as fluidic temperature sensors, automatically switching fluid flow direction in response to temperature change. These DN hydrogels combine toughness, rapid actuation, and temperature sensing, offering substantial advancements for soft robotics and adaptive systems.
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