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  韌性水凝膠的機(jī)械性能的調(diào)控對(duì)組織工程、軟體機(jī)器人、傳感器等領(lǐng)域具有重要的意義。深圳大學(xué)周學(xué)昌課題組近期的研究發(fā)現(xiàn)，通過向海藻酸鈣/聚丙烯酰胺（Ca-Alginate/PAAm）韌性水凝膠中引入三價(jià)鐵離子（Fe3+），在海藻酸鈣凝膠網(wǎng)絡(luò)中形成第二重離子交聯(lián)，可以極大地提高凝膠含鐵部分的彈性模量而改變其拉伸性能，甚至可以“鎖定”已經(jīng)拉伸的部分而阻止其復(fù)原。據(jù)此，提出了一種基于預(yù)拉伸再“鎖定”的水凝膠可控折疊策略，可以實(shí)現(xiàn)了空氣下對(duì)韌性水凝膠的快速可控折疊 ( J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 5726-5732；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 9077-9084.）。

  近日，該課題組采用抗壞血酸（俗稱VC）對(duì)Fe3+-機(jī)械增強(qiáng)的Ca-Alginate/PAAm韌性水凝膠中（模量~1.8 MPa）的Fe3+離子進(jìn)行了定點(diǎn)還原Fe2+離子，得到了模量較小（30-60 kPa）的Fe2+- Ca-Alginate/PAAm區(qū)域。實(shí)驗(yàn)中通過對(duì)韌性水凝膠的機(jī)械性能進(jìn)行局部改變，實(shí)現(xiàn)了具有軟-硬相嵌結(jié)構(gòu)的韌性水凝膠的拉伸可控變形。結(jié)合預(yù)拉伸再“鎖定”的韌性水凝膠折疊策略，預(yù)先折疊好的凝膠可經(jīng)過還原快速恢復(fù)到非折疊狀態(tài)。另外，預(yù)拉伸鎖定的非折疊凝膠，可被逐步定點(diǎn)還原，分步完成特定三維形狀的折疊。該成果發(fā)表在Macromolecular Rapid Communications （2018, DOI: 10.1002/marc. 201800143.）

圖1、基于預(yù)拉伸鎖定-局部軟化的凝膠折疊策略。

  這種定點(diǎn)還原軟化、逐步釋放預(yù)拉伸鎖定的韌性凝膠的策略，將為開發(fā)新的程序化控制形變系統(tǒng)提供了新的思路，并有望進(jìn)一步擴(kuò)展到韌性有機(jī)凝膠等材料Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201803366.）。該工作得到了國家自然科學(xué)基金，深圳市科創(chuàng)委的項(xiàng)目資助。

相關(guān)文章鏈接：

Title: Rational Fabrication of Anti-Freezing, Non-Drying Tough Organohydrogels by One-Pot Solvent Displacement

Authors: Fan Chen, Dan Zhou, Jiahui Wang, Tianzhen Li, Xiaohu Zhou, Tiansheng Gan, Stephan Handschuh-Wang, and Xuechang Zhou*

Journal: Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201803366.

https://doi.org/10.1002/anie.201803366

Title: Softening and shape morphing of stiff tough hydrogels by locallized unlocking of the trivalent ionically cross-linked centers

Authors: Jiahui Wang, Tianzhen Li, Fan Chen, Dan Zhou, Baijia Li, Xiaohu Zhou, Tiansheng Gan, Stephan Handschuh-Wang, and Xuechang Zhou*

Journal:  Macromol. Rapid Comm., 2018, DOI: 10.1002/marc. 201800143.

https://doi.org/10.1002/marc.201800143

Title: Mechanochemical Regulated Origami with Tough Hydrogels by Ion Transfer Printing

Authors: Xiaohu Zhou, Tianzhen Li, Jiahui Wang, Fan Chen, Dan Zhou, Qi Liu, Baijia Li, Jingyue Cheng, Xuechang Zhou,* and Bo Zheng*

Journal:  ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 9077-9084.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b01610

Title: “Freezing”, morphing, and folding of stretchy tough hydrogels

Authors: Tianzhen Li, Jiahui Wang, Liyun Zhang, Jinbin Yang, Mengyan Yang, Deyong Zhu, Xiaohu Zhou, Stephan Handschuh-Wang, Yizhen Liu, and  Xuechang Zhou*

Journal:  J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 5726-5732.

http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/tb/c7tb01265a#!divAbstract