仿生腹沟纤维实现体积可编程气动驱动
研究提出仿生腹沟纤维状结构,将气动驱动从压力主导的腔体变形转向体积可编程的纤维架构,在约0.8 kPa超低压力下实现400倍面积可逆膨胀。纤维直径可从约100 μm扩展到厘米级、长度达数十米,作者用20 m纤维集成到浮力服装中演示织物驱动,并展示了对脆弱神经状细丝和香灰锥的共形抓取及开环操作。
推荐理由:原文给出纤维在约0.8 kPa下实现400倍面积可逆膨胀,并演示了织物驱动与开环抓取,读者可据此判断低气压软体驱动的可行边界。
研究提出仿生腹沟纤维状结构,将气动驱动从压力主导的腔体变形转向体积可编程的纤维架构,在约0.8 kPa超低压力下实现400倍面积可逆膨胀。纤维直径可从约100 μm扩展到厘米级、长度达数十米,作者用20 m纤维集成到浮力服装中演示织物驱动,并展示了对脆弱神经状细丝和香灰锥的共形抓取及开环操作。
推荐理由:原文给出纤维在约0.8 kPa下实现400倍面积可逆膨胀,并演示了织物驱动与开环抓取,读者可据此判断低气压软体驱动的可行边界。
研究团队用可交联瓶刷聚合物实现双波长一锅法3D打印,在同一树脂内构建软硬对比弹性体。365 nm UV 使聚乙二醇侧链末端的1,2-二硫戊环交联,形成超软动态瓶刷网络。
推荐理由:该工作用双波长分步固化在同一树脂内实现 kPa 到 MPa 的模量对比,为多材料打印的界面与配方设计提供了一条可迁移路线。
研究报道了一类引入单一[2]轮烷交联剂的聚合物网络,借助机械键运动实现隐藏长度激活与应力再分配,在相近刚度下获得更高可拉伸性。轮烷交联剂含量增加时,杨氏模量从0.08 MPa升至1.83 MPa,断裂应变从10.24降至2.70,网络的刚度—可拉伸性经验关系不同于经典标度关系,相同模量增幅对应的可拉伸性损失比例更小。
推荐理由:原文给出轮烷交联剂含量与杨氏模量、断裂应变及断裂能的对应数据,读者可据此判断刚度与可拉伸性的取舍区间。
研究引入噻双环壬烷-吡啶鎓离子交联剂,通过 cation–π 相互作用与芳香族硬段结合,把苯环的位阻从障碍变为组装致密分级氢键网络的驱动力。所得弹性体 MA-S 的拉伸强度为 60.3 MPa、韧性为 283 MJ m⁻³、断裂能为 198 kJ m⁻²,其性能来自氢键、动态共价键与 cation–π 相互作用的协同耗能。
推荐理由:原文给出芳环位阻经 cation–π 锚定转为氢键网络驱动力的设计思路,以及 60.3 MPa 拉伸强度与 283 MJ m⁻³ 韧性数据。
研究通过反硫化合成了一系列氨基含量不同、硫秩相近的氨基官能化多硫化物(APSs),并将其作为天然橡胶/炭黑(NR/CB)复合材料的界面改性剂。氨基与CB表面羧基形成化学作用,多硫化物共价接入橡胶链,从而在不改变交联密度的前提下调控界面结构。随着氨基含量增加,CB分散与界面作用逐步改善而链段活动性得以保留,复合材料滞后损失明显降低、抗疲劳性提升。
推荐理由:通过氨基化多硫化物把界面作用与交联密度解耦,为填料增强弹性体的滞后与疲劳矛盾提供单变量调控思路。
研究采用定向声场构建(DAC)技术制备了仿指纹弹性体微结构,并揭示声固化、颗粒增强与性能调控的机理。PDMS 的声致固化源于物理、化学与机械效应的协同作用,加入金刚石颗粒可增强这三种声学效应,从而促进聚合与固化并拓宽声波可调的性能范围。
推荐理由:原文揭示了定向声场构建中声固化、颗粒增强与性能调控的协同机理,读者可据此判断梯度微结构的可调范围。
研究提出一种基于交联弹性体网络的可修复被动辐射制冷薄膜设计,网络同时包含物理相互作用与动态共价键,并通过无机涂层和微纳多孔分级结构进行调控,同时保持可拉伸性与可修复性。该热固性弹性体薄膜具备较强的太阳反射率和长波红外发射率,在物理损伤并修复后仍能实现制冷,夏季可用于屋顶降温,冬季可用于冰雕保存。
推荐理由:原文给出交联弹性体网络结合物理作用与动态共价键的设计思路,读者可据此判断可修复辐射制冷薄膜的构建路径。
研究合成了一种双交联生物基聚氨酯离子弹性体,工作温度下Diels–Alder共价键维持热固性结构完整性,离子液体介导的离子-偶极相互作用作为动态物理交联,加热时可发生拓扑重排,应力恢复率达90.62%并可重复再加工。
推荐理由:原文给出双交联生物基聚氨酯离子弹性体的自修复效率与传感灵敏度,读者可据此判断其在宽压区触觉传感中的适用性。
研究将高模量、低溶胀的交联聚合物原位引入阴离子衍生SEI的无机组分中,使SEI弹性模量从1.63 GPa提高到4.37 GPa,并提升致密性以抑制电解液渗透。扣式电池循环寿命由190次增至329次(提升73%),日历寿命由1553 h增至3561 h(提升129%)。506 Wh kg⁻¹的原型软包电池完成124次循环。
推荐理由:原文给出交联聚合物原位引入无机SEI后模量与日历寿命的对应数据,可据此判断该界面设计对锂金属电池储存寿命的作用幅度。
研究报道了一种双动态聚氨酯弹性体 PCL-ADH-FBR,将酰基脲衍生的高密度氢键阵列与动态硼酸酯网络结合,FTIR 显示 84.6% 的 C=O 参与氢键。该弹性体断裂能达 307 kJ/m2、韧性 477 MJ/m3、拉伸强度 61.2 MPa,原位同步辐射 X 射线散射显示氢键断裂与 PCL 链段应变诱导结晶依次耗散能量。
推荐理由:原文给出氢键参与比例与断裂能、韧性、耐溶剂和自修复数据,可判断双动态聚氨酯的性能边界。
研究提出基于静电纺丝的串联取向策略制备高取向液晶弹性体(LCE)纤维,取向参数最高达 0.78。该纤维在热刺激下驱动应变达 80%、驱动速度 1485% s⁻¹、峰值功率密度 6105 W kg⁻¹;在恒定加热条件下调节加热频率,可使驱动速度最高放大 10 倍。
推荐理由:原文给出静电纺丝串联取向制备 LCE 纤维的路线及取向度与驱动性能数据,可供做热驱动纤维的读者参考工艺窗口。
研究团队将同轴湿纺与原位紫外固化结合,从双峰网络聚丙烯酸酯介电弹性体制备出聚丙烯酸酯基介电弹性体纤维驱动器(PA-DEFA),制备速率最高达 22.5 mm s⁻¹。
推荐理由:原文给出同轴湿纺与紫外固化连续制备聚丙烯酸酯介电弹性体纤维的路线,并列出可调参数与驱动性能,便于判断该工艺的放大空间。
研究以 SEBS-g-MAH 增韧 PP 体系为例,用熔点 220 °C 的 PA6 作刚性多核、软 SEBS 为壳,在 190 °C 下熔融共混预先反应共混制得的 SEBS-g-PA6,使 PA6 接枝物在共混中呈类固态、限制链段迁移,形成弹性体颗粒内多核的萨拉米形貌。
推荐理由:原文给出萨拉米结构 PP/SEBS-g-PA6 合金的韧性、刚度与密度数据,可据此判断该反应共混路线的性能区间。
研究团队以单一生物基双官能单元(含酰胺氢键位点与香兰素衍生共轭紫外吸收基团)经Knoevenagel缩聚合成一系列三嵌段聚酯酰胺弹性体,用可逆氢键网络补偿共轭单元带来的刚性化。FTIR定量显示PHNB60%样品的有效氢键含量为39.47%,AFM观察到明确的纳米微相分离结构。该弹性体同时具备高拉伸性、接近99%的弹性回复、200–430 nm广谱紫外屏蔽、抗紫外老化及可见光透明性。
推荐理由:原文给出氢键有效含量与弹性回复的对应关系,读者可据此理解透明紫外屏蔽弹性体如何兼顾光学与力学。
研究提出一种溶度参数调控的设计策略,用于聚氨酯脲弹性体,并结合全原子分子动力学模拟与实验,阐明硬段在软基质中的溶解度如何决定微相分离、畴形貌与力学性能。结果表明,软硬段之间最佳相容性促成疏松与致密硬畴共存,在不牺牲韧性或强度的前提下同时实现能量耗散与承载,拉伸强度约 77 MPa、韧性约 290 MJ/m³。
推荐理由:通过溶度参数调控软硬段相容性,让聚氨酯脲弹性体同时获得约 77 MPa 拉伸强度与约 290 MJ/m³ 韧性。
研究以二异氰酸酯(DIC)与含硼酸线性聚酯(P-BA)为原料,通过水诱导的协同半互穿聚合(sIPP)构建了由硼氧动态共价网络与线性聚脲组成的耐水半互穿网络 P-sIPNs-DIC。
推荐理由:原文给出水诱导协同半互穿聚合路线,读者可据此了解硼氧动态共价网络的耐水改性与闭环回收思路。
液晶弹性体/二氧化钒(LCE/VO₂)复合材料通过双相转变协同机制实现可切换微波吸收,该行为源于 LCE 向列-各向同性转变的偶极极化变化、VO₂ 金属-绝缘体转变的电导率变化以及热应力引起的界面极化改变。复合材料有效吸收带宽(EAB)为 0 至 3.3 GHz(覆盖 80% 的 X 波段),雷达散射截面(RCS)最大 ΔRCS 达 33.2 dB m²(入射角 330°)。
一种3D打印光热弹性支架与脱细胞口腔黏膜细胞外基质互穿水凝胶网络耦合的动态生物正交类器官平台,通过click chemistry锚定细胞并包封水凝胶,将口腔癌细胞与巨噬细胞空间组织为区室化癌症–免疫微环境。
研究者利用强缔合离子对与弱极性硅氧烷主链之间的热力学不相容性驱动自发微相分离,制备出聚集体结构参数可调的聚硅氧烷超分子弹性体。SAXS、TEM 和 AFM 显示不同聚集体结构存在明显差异,且与流变和松弛行为趋势一致。
推荐理由:原文把聚硅氧烷超分子弹性体的聚集体尺寸、间距与连通性同模量、能量耗散和缺口敏感性对应起来,可供设计参考。
采用分子动力学模拟研究了可压缩、缠结的线性缔合聚合物熔体在拉伸流下的响应,链上随机修饰的缔合珠可组装成簇并调节相互作用强度。流动下拉伸黏度与密度随相互作用增强而升高并出现向高密度态的转变,低相互作用与低流速时除外;高相互作用下链会自折叠形成由缔合基团稳定的 kink,但簇仍保持破碎。缠结效应在较低应变下即耗散。
研究报道了一种基于 polymethylvinylsiloxane(PMVS)的硅橡胶体系,同时引入动态硼酸酯键与静态共价交联,可调组成下断裂伸长率超过 1200%,并具有更高的拉伸强度和大应变下改善的弹性回复。
推荐理由:原文给出部分 vitrimer 硅橡胶中静态与动态交联的协同机制,并用量化本构模型区分两者对黏弹性的贡献。
研究团队通过调控聚合物基底的力学刚度与化学极性,开发出一种低成本银基超薄可拉伸电极(7.6 µm),其模量为 1.35 ± 0.03 MPa,方阻 9.26 Ω/sq,5000 次循环后电阻变化约 1.7。
推荐理由:通过调控基底刚度与极性实现银嵌入微裂纹电极,给出可拉伸性与电学性能的定量关系,并验证运动状态下的心电监测。
研究者把银催化剂嵌入悬在过氧化氢液池上方的平面弹性膜中,燃料接触催化剂后分解释放气体产生压力,膜连续数小时周期性充气与放气。实验与集总参数模型表明,振荡源于催化剂毛细作用、膜刚度与排气阻力之间的负反馈和时间尺度分离,能量释放直接耦合到振荡动力学,无需流体回路或外部电源。
推荐理由:原文给出催化反应与弹性膜耦合产生自持振荡的机理,读者可据此判断无电子软体机器的驱动思路。
研究提出一种预拉伸策略,通过预取向高分子链并借助橡胶态到玻璃态的转变动力学锁定其伸展构象,从而调控力化学激活。该策略以罗丹明力敏基团交联的丙烯酸酯共聚物实现,其玻璃化转变温度可调,因而能系统控制链的预拉伸程度。
推荐理由:原文用预拉伸加橡胶-玻璃态转变锁定取向,给出降低力致变色激活应变阈值的可迁移设计思路。
研究者通过连续化学共聚与物理共模塑制备了含聚咪唑鎓(PIM)、己二酸二酰肼(ADH)和小分子离子液体(IL;BMIM:TFSI)的聚氨酯基可修复离子凝胶PIM/ADH/IL n @PU(n=0.1–0.6)。
推荐理由:原文给出PIM/ADH/IL@PU离子凝胶的拉伸强度、断裂伸长率与自修复率,可据此判断其在可穿戴传感中的适用区间。
研究团队以1,2-二硫戊环封端液晶低聚物、再经开环聚合交联,制得聚二硫键基液晶弹性体(PDS-LCE)。该材料兼具热响应与光响应,热编程可在大面积上获得均匀取向,光编程提供高空间分辨率的远程非接触图案化,两者协同可得到单一刺激难以实现的多级可重构结构。动态聚二硫键网络还赋予材料自修复与闭环回收能力,并演示了自持振荡与光引导定向运动等软体机器人功能。
推荐理由:原文给出光编程与热编程互补的取向控制思路,并说明聚二硫键网络带来的自修复与闭环回收。
一种受海百合启发的软体机器人游泳器仅用两路气动输入即可产生水母式脉动、鱼式推进和转子式转向三种可切换游泳模式,依靠柔性臂的单稳态失稳将两路控制输入转换为升降、前后游动、悬停和旋转等三维运动。其最大游泳速度达 1.64 体长/秒,最小运输成本为 17.6,峰值旋转速度为 90°/秒。粒子图像测速分析与计算流体动力学模拟揭示了各游泳模式中驱动推力与旋转力矩的不同涡结构。
一种气泡填充弹性体隔热层与光热/电热涂层集成的软复合薄膜,通过气泡的空间排布打断贯穿厚度方向的连续热传导、构建曲折热通路来提高有效热阻。模拟与实验表明热约束性能不仅取决于孔隙率,还受气泡尺寸与空间排列调控,可在低至 −30°C 的零下环境中实现优化热约束。光热与电热耦合效应带来抗冰与外部触发的快速除冰,嵌入式导电网络则提供实时力学传感。
研究合成了不同 FDCA 与 IPA 比例的部分生物基可交联共聚酯弹性体,以缺少氧杂原子的 IPA 作内参,考察呋喃氧对气体阻隔的贡献。所得弹性体分子量较高(Mn ≥ 24,800 g/mol),Td,5% 最高达 359 °C;FDCA 含量升高伴随 β-松弛受抑制,IPA 参比的 β-松弛峰面积为富 FDCA 弹性体的 1.8 倍。
推荐理由:通过 FDCA 与 IPA 的对照,把呋喃氧原子与链段局部运动受限、氧气阻隔提升联系起来,可迁移到生物基弹性体的组成设计。
研究以单活性中心催化体系合成反式-1,4-聚丁二烯(TPBD),发现以庚烷替代甲苯作聚合介质时,增长链在合成过程中快速结晶,形成更薄的晶体,产物具有更高的反式含量、分子量和熔点及热稳定性。
推荐理由:通过聚合介质与催化条件调控,让新生 TPBD 在合成中结晶,从而绕开熔融加工的取向难题。
研究用纳米力学 AFM mapping 与单分子力谱(SMFS)两种 AFM 技术,从聚集体尺度到单链尺度定量表征了 cis-1,4-聚异戊二烯(PI)与无机材料间的粘附。
研究团队通过湿法纺丝与后拉伸制备了基于聚四亚甲基醚二醇(PTMG)的可逆交联聚氨酯纤维,复现了蛛丝式的应变自适应力学行为。纤维在15%应变以下保持高柔顺与弹性,15%–35%应变区间快速刚化,模量从45 MPa升至574 MPa,35%以上应变产生强能量耗散,阻尼效率最高达94%,断裂能达2060 kJ m⁻²。
推荐理由:原文给出可逆交联纤维在三个应变区间依次激活弹性、刚化与耗能的定量数据,可据此判断仿蛛丝纤维的设计路径。
研究将可调π共轭的苯并吲哚衍生物分别嵌入刚性PVB与柔性SEBS基体,发现主客体机制不同:氢键主导的PVB在π扩展后磷光寿命略降,而弹性体SEBS的寿命从0.52 s显著提升至1.10 s。
推荐理由:原文给出π共轭程度与SEBS基体磷光寿命的对应关系,并附400%应变与海水浸泡数据,可据此判断柔性RTP材料的适用区间。
作者提出逐步浓度调控策略,逐步放大被捕获的链缠结,再通过光交联将缠结态固定在多网络结构中,制得的生物塑料力学性能超过常规加工同类材料并接近商用塑料。该材料保持较高力学稳定性与环境适应性,并可在温和条件下按需降解;作为概念验证,作者将其集成到可情绪响应传感与远程驱动的软电子器件中,器件可通过酶解或化学途径在数小时至数月尺度内程序化降解。
推荐理由:原文给出逐步浓度调控与光交联保留缠结的路线,读者可据此判断生物塑料的力学与降解区间。
研究提出软受限调控纳米棒结晶策略,构建了超分子弹性体 PTA-PCL:两亲性软聚硫辛酸(PTA)基体通过氢键形成动态受限界面,引导疏水聚己内酯二醇(PCL-OH)取向自组装为长径比 4.80 的纳米棒晶体,从而增强网络。
推荐理由:原文给出 PTA-PCL 超分子弹性体的粘附功与开关比数据,并说明软受限诱导纳米棒结晶的增强机制。
研究报道了一种基于 TDPP-Se 共轭聚合物、CdSe/ZnS 量子点与 SEBS 弹性体基体复合薄膜的本征可拉伸神经形态视觉晶体管阵列,将传感、存储与感内计算集成于一体,单突触事件能耗约 0.56 pJ,在 50% 拉伸应变下仍保持稳定的多模态性能。
推荐理由:该工作把本征可拉伸神经形态视觉阵列做到共形偏振成像,读者可了解其材料组合与 50% 应变下的性能边界。
研究者通过低温破乳诱导凝胶化与凝胶限域冷冻铸造相结合的策略,制备了含半互穿网络的 APTS/CNTs/WPU 气凝胶,兼具高弹性骨架、连续导电通路和强化的填料/基体界面。
推荐理由:原文给出半互穿网络气凝胶的弹性回复与压阻传感数据,可据此判断其在高应变传感中的适用区间。
研究用 Lewis 酸封端的 PDMS 低聚物与聚合物 Lewis 碱 P4VP 简单混合,通过定向配位键驱动接枝结构自发组装,PDMS 低聚物高效接枝到 P4VP 主链上。11B 和 1H NMR 显示该过程处于动态共价平衡且动力学快速。加入双官能硼酸酯交联剂后,动态接枝聚合物形成可拉伸弹性体网络,可热再加工并具备自主自修复能力。
推荐理由:用 Lewis 酸碱对配位键让 PDMS 低聚物自发接枝到 P4VP 主链,为瓶刷高分子提供了一条无需稳定共价骨架的组装路线。