[發(fā)明專利]一種多模式形變的水凝膠變形器及其制備方法與變形方式

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011118464.4
• 申請(qǐng)日: 2020-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112239547B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳濤;陸歡歡;張佳瑋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號(hào): C08J3/075
• 分類號(hào): C08J3/075;C08J7/00;C08F285/00;C08F251/00;C08F220/54;C08F222/38;C08L51/00
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠(chéng)午

本發(fā)明公開(kāi)了一種多模式形變的水凝膠變形器及其制備方法與變形方式，制備方法包括(1)將海藻酸鈉、丙烯酰胺、N,N’?亞甲基雙丙烯酰、2?羥基?4?(2?羥乙氧基)?2?甲基苯丙酮的預(yù)聚液1引發(fā)聚合；再加入將N?異丙基丙烯酰胺、N,N’?亞甲基雙丙烯酰、2?羥基?4?(2?羥乙氧基)?2?甲基苯丙酮溶解在水中得到預(yù)聚液2，引發(fā)聚合得到具有形狀記憶和變形功能的雙層水凝膠；(2)使用外力將雙層水凝膠獲得臨時(shí)形狀，再放入金屬離子溶液中固定臨時(shí)形狀，即得到多模式形變的水凝膠變形器，該水凝膠變形器可通過(guò)環(huán)境溫度的變化使其實(shí)現(xiàn)自發(fā)形狀改變的變形功能，通過(guò)改變形狀記憶所得到的不同臨時(shí)形狀，從而實(shí)現(xiàn)多模式的形變方式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能水凝膠變形器材料領(lǐng)域，具體涉及一種多模式形變的水凝膠變形器及其制備方法與變形方式。

背景技術(shù)

智能水凝膠是一種根據(jù)外界環(huán)境(溫度、pH、離子、光等)產(chǎn)生體積或顏色的變化，被廣泛地應(yīng)用于藥物控釋、化學(xué)檢測(cè)、生物防偽以及仿生工程等諸多領(lǐng)域的材料。作為智能水凝膠的重要組成部分，智能水凝膠變形器可以在外界的刺激下，將外部能量轉(zhuǎn)化為自身的機(jī)械能，從而實(shí)現(xiàn)智能可逆的形變。然而，由于水凝膠變形器其固化的各向異性結(jié)構(gòu)，使得水凝膠變形器通常只能實(shí)現(xiàn)單一模式的形變，而不能根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的變化改變形變模式。

因此開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單有效的方法，在不改變水凝膠變形器本體結(jié)構(gòu)的前提下，實(shí)現(xiàn)多模式形變的切換對(duì)于水凝膠變形器在軟質(zhì)機(jī)器人的發(fā)展具有重大的意義。

傳統(tǒng)的水凝膠變形器想要改變其形變模式，必須在制備的過(guò)程中改變水凝膠變形器的各向異性。然而，近期科研人員發(fā)現(xiàn)對(duì)于同一種水凝膠變形器，通過(guò)改變其外部形狀能產(chǎn)生多種不同的變形結(jié)果【Adv.Mater.2018,1801669】，這預(yù)示著水凝膠變形器可以在制備完成之后，通過(guò)改變不同的形狀再次實(shí)現(xiàn)不同的形變模式。

如CN107141407A公開(kāi)了一種可自發(fā)驅(qū)動(dòng)的聚兩性電解質(zhì)水凝膠驅(qū)動(dòng)器及其制備方法與驅(qū)動(dòng)方式，該水凝膠驅(qū)動(dòng)器是由陽(yáng)離子單體[3-(甲基丙烯酰氨基)丙基]三甲基氯化銨和陰離子單體對(duì)苯乙烯磺酸鈉、丙烯酸類單體通過(guò)自由基共聚得到的水凝膠，再經(jīng)過(guò)堿性溶液浸泡處理后在酸性溶液中獲得固定的臨時(shí)形狀而得到，該水凝膠驅(qū)動(dòng)器可通過(guò)改變?nèi)芤簆H值的方法使水凝膠在溶液中實(shí)現(xiàn)自發(fā)形狀改變的驅(qū)動(dòng)功能。然而由于該發(fā)明的形狀記憶與驅(qū)動(dòng)過(guò)程均由pH控制，因而僅能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的直條到彎曲的自發(fā)變形，對(duì)于實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的三維形狀之間的轉(zhuǎn)變?nèi)匀皇蔷薮蟮奶魬?zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中水凝膠驅(qū)動(dòng)器形變方式單一的問(wèn)題，提供一種多模式形變的水凝膠變形器的制備方法，通過(guò)形狀記憶層與變形層的結(jié)合使得到的水凝膠在外界的刺激作用下，即可產(chǎn)生各種可逆的形變行為，該方法為智能水凝膠變形器的發(fā)展提供了新的思路。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種多模式形變的水凝膠變形器的制備方法，包括如下步驟：

(1)制備雙層水凝膠：將海藻酸鈉、丙烯酰胺、N,N’-亞甲基雙丙烯酰、2-羥基-4-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解在水中得到預(yù)聚液1；將N-異丙基丙烯酰胺、N,N’-亞甲基雙丙烯酰、2-羥基-4-(2-羥乙氧基)-2-甲基苯丙酮溶解在水中得到預(yù)聚液2；

將預(yù)聚液1加入到模具中并密封，引發(fā)聚合得到形狀記憶層水凝膠，將預(yù)聚液2加入到形狀記憶層水凝膠上層并密封，引發(fā)聚合得到具有形狀記憶和變形功能的雙層水凝膠；

(2)制備多模式水凝膠變形器：使用外力使步驟(1)制備的雙層水凝膠獲得臨時(shí)形狀，再將具有臨時(shí)形狀的雙層水凝膠放入金屬離子溶液中固定臨時(shí)形狀，即得到多模式形變的水凝膠變形器。