西安交通大学软机器实验室研发出磁凝胶形状控制技术
2019-06-04 来源:中国聚合物网
水凝胶的形状控制在仿生学,软机器和生物医学工程等领域应用广泛。磁场因其具有远程遥控、局部驱动和生物相容的特性,在多种场合有着不可替代的用途。然而现有的磁驱动软结构多为磁弹性体而非磁凝胶,因为磁凝胶的磁化强度太低,难以在静态磁场下发生复杂变形。
西安交通大学软机器实验室研究人员,提出一种新的策略来实现磁凝胶的形状控制(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019)。制备同时对磁场与温度敏感的磁性聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶(PNIPAm),磁凝胶在动态磁场下具有磁热效应,当温度上升到临界温度之后,磁凝胶发生体积变形。通过磁凝胶-弹性体的双层梁设计,可以实现结构的弯曲;发现曲率在临界温度附件急剧变化。
图1 运用磁热效应控制磁凝胶形状变化的原理
为了探究该变形机制的影响参数,作者改变磁场强度,双层梁的厚度比,磁性粒子含量,发现所有的数据在温度-曲率图中重叠在一起,意味着所有双层梁的曲率都会在某一临界温度下发生急剧的增长。这一临界温度约为34 °C,与PNIPAm水凝胶的LCST接近,说明该磁凝胶的变形实质上是由温度决定的。
图2 影响磁凝胶形状变化的基本参数
通过设计磁凝胶在弹性体基底上的分布形式,作者展示了各种各样的二维结构和三维结构;并且利用日常生活中的“铰链”的概念,实现了简单的折纸结构。
图3 动态磁场驱动的二维、三维和折纸结构
最后,综合利用静态磁场和动态磁场,实现了磁导航和磁变形。
图4 磁导航和磁变形
该研究工作发表于ACS Appl. Mater. Interfaces。西安交通大学青年教师唐敬达为第一作者,王铁军教授为通讯作者。
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(责任编辑:xu)
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