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  近年來，基于聚合物凝膠人工肌肉材料的研究引起了人們的廣泛關注。該種材料的主要優點包括: (1) 擁有類似于人體組織的低模量 (1Pa-1MPa)，柔軟; (2) 產生形變的刺激源普遍較溫和。這些優點讓這類材料在軟體機器人，生物醫藥，環境能源等領域發揮著舉足輕重的作用。然而，該類材料面臨了一系列的挑戰包括形變性能較弱，主要體現在形變速率慢，做功密度低等。并且，絕大部分的聚合物凝膠人工肌肉體系都吸水溶脹，而水在干燥條件下的蒸發影響了材料的應用穩定性。

圖1  聚合物凝膠人工肌肉的分子設計(a)，加捻卷繞(b) 以及形變過程(c,d)。

  針對這一系列問題，研究者們提出了一種巧妙的材料設計方法來構筑新型聚合物凝膠人工肌肉。首先，作者在液晶交聯網絡中引入了親水的聚乙二醇鏈段，基于以下幾種考慮: (1) 由于超強的親水性，只需要很少的聚乙二醇鏈段含量 (10 mol%) 就可以讓聚合物網絡擁有較高的水溶劑含量 (78 wt%)，這一點對于實現優異的形變性能至關重要，因為材料的形變率會隨著非液晶組分含量的提高而降低; (2) 聚乙二醇鏈段以及溶劑的吸入會降低液晶轉變溫度，因此帶來的形變溫度降低會減緩溶劑的蒸發，這一點有利于實現材料在干燥環境下的長期使用: (3) 還有一點值得指出的是聚乙二醇鏈段和溶劑的吸入會大大降低材料的楊氏模量。

  除了以上的分子設計，研究者們還把聚合物網絡加捻卷繞，做成了纖維狀凝膠人工肌肉。加捻處理實現的關鍵在于使用了丙烯酸雙鍵和氨基之間的麥克爾加成反應。作者對輕度交聯的網絡進行了加捻處理，其中剩余的丙烯酸雙鍵可以進一步和聚合物網絡中已經生成的仲胺加成，從而產生更多的交聯點穩定加捻結構。隨后，為了實現抗干燥性能，作者在水中引入了適量的甘油。通過研究表明，該聚合物有機凝膠擁有優異的形變性能，包括高的形變率 (66 %)，快速的形變速率(275 %/s)以及較高的高功率密度 (438 kW/m³)。并且在干燥條件下有不錯的穩定下。該人工肌肉還擁有類似于皮膚的楊氏模量 (133 kPa)。同時，作者證明了該類人工肌肉在軟體機器人領域的應用，比如在狹小的空間內實現了類似于爬蟲的運動。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.202210419