具有永久性和临时性双态可编程功能的形状记忆导电水凝胶

《ACS Applied Polymer Materials》：Shape-Memory Conductive Hydrogels Featuring Permanent and Temporary Dual-State Programmability

1. PVA/MXene复合水凝胶通过光热响应调控双态可编程行为，结合电信号监测和有限元仿真实现精准时空控制，应用于可折叠翅膀、机械手抓器及自适应电池面板设计，并赋予结构改性增强传感能力的创新解决方案。

　　

导电水凝胶兼具电信号感知和变形能力，被认为是制造人工智能设备（如软执行器和智能机器人）最有前景的软材料之一。形状记忆导电水凝胶（SMCHs）对多种外部刺激（包括pH值、温度、光线、化学物质、电场和磁场）具有高度敏感性，近年来因其能够在永久状态（稳态）和临时状态（瞬态）之间切换而成为快速发展的智能材料。然而，目前市面上大多数SMCHs仅能在临时状态下实现可编程行为，这严重限制了它们在生物医学设备、软体机器人和自适应结构等领域的应用潜力。在本研究中，我们提出了一种光热响应的双态可编程复合材料——PVA/MXene水凝胶，其永久状态和临时状态的编程行为由PVA与MXene之间的超分子相互作用控制。利用MXene的导电性，我们可以通过电信号的变化来监测水凝胶的转变过程并确定其最终状态（永久状态或临时状态）。此外，我们通过有限元分析开发了多物理场仿真模型，展示了PVA/MXene水凝胶在近红外光照射下的时空可控性，包括局部控制、展开角度调节和顺序驱动等功能。PVA/MXene水凝胶的多样性体现在多个应用中，例如制造可折叠的翼部结构、设计机器夹持器以及展开电池面板。结构上的改进还提升了水凝胶的传感能力，使其能够动态调整电路拓扑结构，以适应自适应电子设备的需求。这项研究不仅为基于MXene的执行器设计提供了新的方法，也为聚合物复合执行器领域带来了独特的解决方案，为自适应结构设计和智能设备制造开辟了新的前景。