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  智能受激形變材料可在諸如溫度、pH、光照等環境條件變化時主動地發生形狀變化，是許多高附加值器件的核心部件，在航空航天、生物醫學、智能制造等領域已顯示出誘人的應用前景。在這些器件應用中，材料形變行為的多樣性與可控性至關重要。然而，由于受激形變過程中傳質傳熱等推動力逐漸變小，材料的形變往往是由快到慢的連續漸變過程。

圖1. 基于機械失穩的捕蠅草非連續突變捕蠅過程（Forterre Y, et al., Nature, 2005, 433, 421）

另一方面，自然界顯示出了一些與之不同的奇妙現象。例如捕蠅草捕食昆蟲的過程，就是由慢變快的非連續突變過程（圖1）。其原理是捕蠅草葉片可發生機械失穩的翹曲結構。受到這種結構的啟發，浙江大學化學工程與生物工程學院謝濤教授、趙騫副教授課題組與力學系李鐵風副教授合作，以環境敏感水凝膠為例，開發了一種可實現可逆非連續突變的智能材料結構。在前期基于超分子粘結的水凝膠模塊組裝（Advanced Materials, 2014, 26, 5565）的工作基礎上，研究者將預拉伸后的環境敏感水凝膠模塊進行組裝，構筑了具有彈性能壘的雙穩態水凝膠結構。環境條件變化時，水凝膠組裝體在翻越彈性能壘的過程中，發生緩慢的形變；一旦越過能壘，組裝體就將發生快速變形，從而實現非連續突變。更重要的是，在不同刺激條件下，組裝體的突變可以被不斷可逆地觸發，比捕蠅草的非可逆突變更進了一步（圖2與圖3）。該研究在近期的Materials Horizons（DOI: 10.1039/C6MH00167J）上發表，被選為當期的內底封面，并被Chemistry World與Scientific American等媒體報道。

圖2. 凹凸盤結構水凝膠組裝體的可逆突變

圖3. 曲臂結構水凝膠組裝體的可逆突變

該研究將大大拓展水凝膠的變形方式。類似的機理還有望推廣到形狀記憶聚合物與液晶彈性體等其他受激形變高分子體系中。