尽管刺激响应型水凝胶具有很大的变形能力，但当用作致动器、智能开关和人造肌肉时，由于渗透压驱动的传递力（~2 kPa）和速度较低，其功率密度较低。

近日，受到许多生物在跳跃过程中能量转换机制的启发，中科院兰州化物所周峰研究员，美国加州大学洛杉矶分校Ximin He报道了通过在聚合物网络中储存和释放弹性势能，设计了一种弹性驱动的强收缩水凝胶。

文章要点

1）与通常研究的渗透压驱动智能水凝胶相比，基于弹性储能和释放法的弹性驱动智能水凝胶具有更强、更快的收缩（40kPa，25%/min）和更好的力学性能（高弹性模量0.7 MPa，韧性12.7 MJ/m³）。力、速度和弹性模量这三个特性同时提高，从根本上打破了三者之间的矛盾关系，使其输出能量密度高达15.3 kJ/m³，超过了所有最先进的水凝胶，甚至超过了生物肌肉。

2）研究发现，该弹性储能和释能方法使水凝胶材料具有独特的弹塑性可切换性和复杂的变形可编程性，使得各向异性或各向同性收缩和前所未有的多级变形能力成为可能。这种由弹性元件和智能元件组成的模块化材料设计具有通用性，可以广泛应用于各种弹性聚合物和化学反应。

总体而言，储能-释能策略解决了渗透性水凝胶长期存在的弱收缩或缓慢收缩的问题，并为合理设计具有多种重构行为的功能强大的智能水凝胶开辟了一条道路。此外，含水、柔软、可编程和强大的水凝胶材料，在不降低收缩速度的情况下，将提高人工肌肉、软机器人、柔性设备和生物医学材料等应用的性能。

参考文献：

Yanfei Ma, et al, Bioinspired high-power-density strong contractile hydrogel by programmable elastic recoil, Sci. Adv. 2020

DOI: 10.1126/sciadv.abd2520

http://advances.sciencemag.org/content/6/47/eabd2520

信息来源：奇物论

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