汪輝亮老師Adv. Funct. Mater.文章介紹
具有可控變形的刺激響應水凝膠能在外界的刺激下發(fā)生不均勻的溶脹和收縮，從而變形得到所需的二維/三維形狀?？勺冃文z在軟機械、藥物釋放、化學閥門和人造肌肉等領域具有重要的應用價值。但是，這些凝膠的制備通常較為復雜，不能夠連續(xù)、批量和快速地在凝膠上繪制大尺寸、復雜和交聯(lián)度可控的圖案，而且所得凝膠可以實現(xiàn)的形變非常有限。
汪輝亮老師課題組2016年報道了一種極為簡便的制備具有高機械強度和復雜形變凝膠的方法。受織物印染技術的啟發(fā)，他們開發(fā)了離子浸染(Ion Dip-Dyeing, IDD)和離子轉(zhuǎn)移印花(Ion Transfer Printing, ITP)技術（圖1）進一步對凝膠的形變進行調(diào)控。采用ITP技術可以很方便地改變局部凝膠的交聯(lián)度和形變行為。通過在凝膠條、凝膠片或圓柱狀凝膠樣品表面的選擇性離子轉(zhuǎn)移印花，凝膠在溶脹后發(fā)生從一維到二維、二維到三維或三維到復雜三維的極為豐富的形變(圖3左)。
最近，他們進一步開發(fā)了離子噴墨打印技術（Ion-inkjet-printing, IIP）（圖2）制備具有復雜形變的可變形凝膠。該技術分別采用商用平板噴墨打印機向含有聚丙烯酸鈉的高強度水凝膠表面噴涂鐵離子水溶液實現(xiàn)凝膠表面圖案化。該技術具有非常突出的優(yōu)勢：1）可以將計算機輔助設計的大尺寸、復雜圖形連續(xù)、批量、快速地打印在凝膠表面；2）凝膠的雙面都能被打印上對稱或不對稱的圖案；3）通過改變打印次數(shù)和打印具有梯度分布的圖案可以打印出交聯(lián)度可控的圖案。采用IIP技術可以靈活地向凝膠表面引入各種復雜的圖形，驅(qū)動復雜的變形過程，得到更為復雜的二維和三維形狀（圖3右）。
該研究成果先后發(fā)表于Adv. Funct. Mater., 2016, 26, 4491-4500和Adv. Funct. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201701962。高分子科技、高分子科學前沿、高分子凝膠前沿研究進展、材料人和nanomicroletters等新媒體對相關工作進行了報道。
該研究得到了國家自然科學基金委、教育部和北京師范大學的資助。
圖1：離子轉(zhuǎn)移印花技術和印花圖案；圖2：離子噴墨打印和打印圖案；
圖3：多種復雜變形。
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