Mechanically Robust Anisotropic Hydrogel–Organogel Conjugates for Soft Actuators with Fast Response Time and Diverse Bi-Axial Programmable Folding Ability

材料科学 各向异性 磁滞 折叠(DSP实现) 自愈水凝胶 纳米技术 化学物理 生物系统 化学 高分子化学 机械工程 物理 工程类 量子力学 生物
作者
Subhankar Mandal,Abey Vignesh,Suman Debnath,Umaprasana Ojha
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:34 (11): 5125-5137 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.2c00606
摘要

Anisotropic soft materials possessing adequate mechanical strength and hysteresis-free actuation with fast response time are necessary to mimic the actuation ability of natural systems. Furthermore, the ability of these systems to modulate the directionality of anisotropic behavior is desirable to realize multi-axial folding patterns. In this report, a general yet scalable strategy involving physical interpenetration of independent hydrogel and organogel networks is utilized to develop strong (strength ≤0.35 MPa) and stretchable (elongation ≤490%) structurally anisotropic hydrogel–organogel conjugates (HOCs) that display solvent-induced low-hysteresis bi-axial folding behavior and diverse folding patterns. The actuation stress (44 kPa) and response time (∼1 min) values of HOCs are comparable to that of selective naturally occurring systems. Moreover, the strategy allows us to control the orientation of the hydrogel segment in a parallel or orthogonal manner with respect to the principal plane (x-y) of the organogel film to realize the bi-axial folding patterns. Structurally anisotropic actuation systems possessing solvent-adaptable segment distribution ability have not been demonstrated before to the best of our knowledge. The generality of the approach is demonstrated by synthesizing different anisotropic HOCs based on various hydrogel and organogel segments. These HOCs hold promise in soft robotics, sensors, and biomedical applications.
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