Matter：一种非维管植物启发的软复合材料的溶胀

Nanoyu

2021-11-15

即使没有肌肉的帮助，植物组织也可以通过渗透驱动的液体流动来驱动巨大而有力的运动。水凝胶是众所周知的合成材料，它通过模仿这种渗透机制来实现大的溶胀变形。然而，水凝胶在溶胀时会受到硬度损失的限制。

近日，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Shelby B. Hutchens报道了展示了一种以渗透活性聚HIPE为模板的植物状、大变形、高含水量、强力、柔软的活性材料。

文章要点

1）植物通过生长加上渗透驱动力产生巨大的变形，而PTA和水凝胶则通过使用软聚合物网络来克服无法生长的问题。水凝胶在溶胀时会变软，但在非血管植物组织和PTA中的溶胀是由于其膨胀压力的能力而具有施加或抵抗力的能力。

2）研究人员展示了PTA作为Nastic致动器的潜力，并使用由非线性弹性应变加强固体组成的单个充满流体的厚壁球壳来描述它们的平衡响应。结果表明，有限变形对复合材料的刚度随溶胀压力的变化起着重要的调节作用。这些发现为利用PTA设计新颖的软活性结构提供了一个起点。

3）虽然目前这些材料的响应时间较慢，但所使用的连续相材料（PDMS）针对机械稳定性而不是渗透性进行了优化。增加壁材对水的吸附系数（典型膜聚合物的吸水系数从10^-4提高到0.1）可以改善响应时间。此外，在一些生物医学应用中，为了避免快速加载活组织，可能需要较慢的响应。

参考文献

Kataruka and Hutchens, Swelling of a non-vascular-plant-inspired soft composite, Matter (2021)

DOI：10.1016/j.matt.2021.10.015

https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.10.015