水凝胶致动器在人造肌肉、生物医学和可穿戴设备等各个领域受到广泛关注。然而，水凝胶致动器由于其内部脆弱且亲水的三维网络结构，机械性能较差。因此，制造具有快速响应性、高强高韧水凝胶致动器的挑战可归结为两个方面：（i）调控凝胶溶胀行为的同时（ii）保持交联度。通常，调节溶剂扩散过程对于水凝胶制动器的性能起着关键作用。

一般来说，水凝胶致动器通常由亲水性单体和交联剂在热或光照条件下合成。当水凝胶浸泡在水中会发生体积膨胀的现象，即溶胀行为。根据Lake-Thomas理论，溶胀行为会削弱网络交联密度，从而降低水凝胶致动器的机械性能。本工作中，我们提出了一种溶剂交换诱导氢键激活的策略，用于制备一种高强高韧的自适应有机水凝胶致动器（SOA）。SOA在水中浸泡的过程中，由于丙三醇的释放和水的保持作用，凝胶中游离的单宁酸（TA）分子和PVA纳米纤维网络的分子间氢键相互作用被激活，进而发生物理交联和体积收缩的一种反常溶胀行为。PVA和TA发生氢键活化后，SOA表现出更致密、多孔的纳米原纤维网络，具有高拉伸强度（5.4 ± 0.2 MPa）、高断裂能（134.9 ± 7.6 kJ/m²）和高韧性 （18.5 ± 0.7 MJ/m³)。由于该凝胶良好的可加工性，我们与机械学院合作设计并加工了一种带有溶剂箱的纤维加捻装置，制备了多纤维各向异性水凝胶致动器，该致动器具有超高的拉伸模量（83.5 ± 2.6 MPa）和湿度敏感驱动性能。本工作提出的溶剂交换诱导氢键激活策略为新一代仿生、高强高韧水凝胶人造肌肉领域提供了新的思路和方法。

Xiang-Jun Zha¹, Bin Zhang¹, Zhi-Cheng Cheng, Sheng Zhang, Jun-Hong Pu, Ji-Gang Huang*, Wei Yang*. Solvent-exchange triggered hydrogen bond activation strategy toward self-adaptive strong and tough organohydrogel artificial muscle. Chemical Engineering Journal, 2023

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723052798

录用时间：2023.10.8