刺激响应形状变形水凝胶的最新研究进展

受自然界中变形生物的启发，相关研究人员利用图案化或4D打印方法，已开发出各种具有刺激响应性膨胀、收缩、弯曲、折叠、折纸、滚动或运动的水凝胶。水凝胶的形状变形可用于制造普通技术难以实现的螺旋、扭曲和滚动微结构，因此在抓手、传感器、阀门、软机器人等方面具有广阔的应用前景。

鉴于此，南洋理工大学周琨教授、西北工业大学顾军渭教授从形状变形的角度总结了水凝胶的最新进展，涵盖了形状变形的类型、机制、模式及其制造方法与潜在应用。讨论了该领域的挑战和前景，分析了如何通过选择合适的水凝胶材料和控制形状变形来制造3D功能结构。该综述以Recent advances in stimuli-responsive shapemorphing hydrogels为题发表在Advanced Functional Materials上。

水凝胶是含水的聚合物网络，通过物理（例如范德华力、氢键）相互作用或化学交联网络进行交联，含水质量分数可以达到90%。通常情况下，增加交联密度和引入填料来提高水凝胶的机械强度，有利于通过3D打印方法制备水凝胶。

水凝胶可以在各种化学和物理刺激下进行可控的形状变形，聚合物网络通过吸收水或释放水来触发体积增加（膨胀）和减少（收缩），因此被广泛用作“智能”材料。