組織工程、軟體驅(qū)動、柔性電子和生物傳感等前沿領(lǐng)域的快速發(fā)展對功能軟材料提出了更多、更高的要求。水凝膠作為一種特殊的軟材料，因其可調(diào)節(jié)的機械性能、多刺激響應(yīng)性和高生物相容性，在上述領(lǐng)域被廣泛研究。然而傳統(tǒng)的水凝膠材料大都表現(xiàn)出“配方依賴”的機械性能，即需要通過復雜的分子設(shè)計、制備技術(shù)和材料配方優(yōu)化來實現(xiàn)不同應(yīng)用場景下的按需機械行為，這意味著更長的材料開發(fā)周期和更高的技術(shù)門檻。如何在單一的材料體系中通過簡單靈活且高效的技術(shù)手段實現(xiàn)水凝膠的寬范圍機械行為設(shè)計，以滿足不同應(yīng)用場景對水凝膠機械性能的要求，對拓寬其應(yīng)用具有重要的實踐意義。
圖3. 圖案化水凝膠的預制缺陷擴展不敏感性
圖4. 圖案化水凝膠的韌性調(diào)控
基于此，研究人員進一步討論了不同類型和參數(shù)的圖案化硬骨架對CSN水凝膠韌性的影響。分別制備的豎直條紋圖案（線徑0.5和1 mm）、蜂窩圖案（正多邊形）和馬蹄圖案（曲線型）化CSN水凝膠結(jié)果表明，不同的圖案化設(shè)計能夠在120倍范圍內(nèi)顯著調(diào)節(jié)CSN水凝膠的韌性，相應(yīng)的有限元模擬也證明了這種調(diào)節(jié)機制得益于不同圖案在機械刺激下的不同變形趨勢和應(yīng)力分布行為（圖4）。
圖7. 圖案化水凝膠用于形變不敏感柔性電路
相關(guān)研究成果以“Sculpting mechanical properties of hydrogels by patterning seamlessly interlocked stiff skeleton”為題，發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。在中科院蘭州化學物理研究所聯(lián)合培養(yǎng)的石河子大學化學化工學院碩士研究生朱彬（現(xiàn)深圳大學化學與環(huán)境工程學院博士）為論文第一作者，中科院蘭州化學物理研究所研究員王曉龍、助理研究員蔣盼（現(xiàn)Institut Jacques Monod 博士后）和深圳技術(shù)大學助理教授張智星為本文通訊作者。
原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202417477
- 武大常春雨、寧波材料所陳濤/魏俊杰《Adv. Mater.》：面向超靈敏自供電離子皮膚的電場誘導雙梯度水凝膠離子二極管 2025-04-03
- 中國海大田維乾/北林許鳳/青大張利鳴 ACS Nano: 強韌納米纖維素/MXene基離子 - 電子雙導水凝膠膜用于穩(wěn)定鋅負極 2025-04-02
- 西南交大魯雄/謝超鳴、蘇大李斌/林俊 Nat. Commun.：多酚介導粘附-潤滑水凝膠用于類風濕性關(guān)節(jié)炎的全周期治療 2025-03-27
- 江南大學陳明清/施冬健課題組 ACS AMI：類皮膚組織應(yīng)變硬化能力的圖案化水凝膠用于應(yīng)變傳感器 2023-10-15
- 中科院蘭州化物所王曉龍研究員團隊在灰度3D打印圖案化水凝膠上取得新進展 2019-11-07
