具有热记忆功能的温敏水凝胶

《Advanced Materials》：Thermoresponsive Hydrogel with Thermal Memory

热塑性水凝胶TP-gels基于聚Vinyl丁醛，模仿珊瑚共生体实现热记忆，通过温度响应膨胀平衡与弹性网络约束调控相变阈值，抑制相分离。经热训练可使相变阈值每循环偏移3-7°C，利用温度梯度作为加密密钥，在材料科学中建立环境智能范式。

　　

摘要

热塑性——即材料在受到热历史影响时能够动态改变其性质的能力——是生物系统的显著特征，但在合成水凝胶中这一特性至今仍难以实现。受珊瑚共生体适应环境的启发，研究人员开发出了基于聚乙烯丁醛的热塑性水凝胶（TP-凝胶），这种水凝胶通过一种仿生反馈机制模拟生物体的热记忆功能：热响应性平衡膨胀能够记录热历史信息，而弹性网络的限制则将这些信息转化为可编程的相变阈值（T_c）。通过利用温度依赖性的聚合物-水互溶性，TP-凝胶能够实现多稳态，从而在每个热处理循环中实现可逆的不透明度变化，其相变阈值（T_c）可变化3–7°C。关键在于，弹性机制能够抑制自旋分解现象，从而在热编码过程中稳定亚稳态，防止过早发生相分离。这种热塑性被应用于密码学领域，通过热轨迹编程实现信息的顺序解密——其中空间分辨的T_c梯度充当了热力学“钥匙”的角色。这项工作为具有环境智能功能的材料树立了一个范例，通过热力学亚稳态工程实现了生物适应性与合成系统之间的桥梁。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。