水凝胶的机械性能对于可穿戴设备、机器人和能量收集器的新兴设备和机器至关重要。已经探索了各种聚合物网络结构和相互作用以实现特定的机械特性，然而，单组分水凝胶材料的极端机械性能调整和在集成设备中的部署仍然具有挑战性。近日，科研人员介绍了一种高分子构象成形策略，该策略能够对基于多晶型水凝胶纤维的设备进行机械编程。通过依赖于 pH 值的反溶剂相分离过程，控制单一成分聚电解质大分子的构象从卷曲状态演变为延伸状态。由此产生的结构化水凝胶微纤维显示出极高的机械完整性，包括跨越四个数量级的模量、脆性到超拉伸性以及可塑性到非弹性和弹性。该方法产生了具有各种大分子构象的水凝胶微纤维，可以内置分层格式，从而实现非凡、逼真的水凝胶电子应用的转化，即机器人中的大应变 (1000%) 和超快响应 (~30 ms) 纤维传感器鸟、大变形 (6000%) 和防冻螺旋电子导体，以及可穿戴设备中具有大应变 (700%) 能力的 Janus 弹簧能量收集器。
图 1：多晶型水凝胶纤维的极端机械性能调整和成型。
图 2：具有进化大分子构象的单组分聚电解质水凝胶微纤维的结构和机械表征。
图 3：用于单片、多晶型水凝胶纤维装置的大分子构象可调水凝胶的可加工性。
图 6：利用 Janus 水凝胶弹簧作为可拉伸且柔顺的热能收集器。
相关论文以题为Macromolecule conformational shaping for extreme mechanical programming of polymorphic hydrogel fibers发表在《Nature Communications》上。通讯作者新加坡国立大学Ghim Wei Ho教授。
参考文献：
doi.org/10.1038/s41467-022-31047-3