一种变形可控的水凝胶致动器制备方法技术

本发明专利技术提供一种变形可控的水凝胶致动器及其制备方法，该变形可控的水凝胶致动器由无机纳米材料、聚异丙基丙烯酰胺和水组成，在厚度方向上无机纳米材料浓度分布不均匀，形成非对称的异质结构，在平面方向上，这种不均匀的非对称结构可以按照需求任意图案化，从而实现温度触发的各种可逆变形。将异丙基丙烯酰胺单体、引发剂和无机纳米材料混合，形成均匀的预凝胶，将预凝胶倒在长方形模具里，在预凝胶表面覆盖一层掩模板，接着蒸发部分水分诱导无机纳米材料浓度在暴露区域的厚度方向上分布不均匀，然后原位聚合固定图案化不均匀结构，从而形成变形可控的水凝胶致动器。该方法简单可行，易于实现，该变形可控的水凝胶致动器可用于软机器人、药物输送、微流体阀门、人工肌肉。

Method for preparing deformable controllable hydrogel actuator

The present invention provides an actuator hydrogel and preparation method of deformation control, the deformation of the actuator controlled by the hydrogel inorganic nano material, poly N-isopropylacrylamide and water, in the thickness direction of inorganic nano materials concentration distribution is not uniform, the formation of heterogeneous asymmetric structure, in the plane direction, the non symmetric structure the uniform can be patterned in accordance with the requirements of any, so as to achieve a variety of temperature triggered reversible deformation. The isopropyl acrylamide monomer, initiator and inorganic nano materials, mixing, forming gel evenly, pour in the pre gel rectangular mold, in the pre gel surface covered with a layer of mask, then some water evaporation induced by inorganic nano materials concentration distribution in the thickness direction of the exposed region, and in situ polymerization the fixed patterned inhomogeneous structure, thereby forming a hydrogel deformation controlled actuator. The method is simple, feasible and easy to implement. This deformable controlled hydrogel actuator can be used in soft robots, drug delivery, microfluidic valves, and artificial muscles.

【技术实现步骤摘要】
一种变形可控的水凝胶致动器制备方法
本专利技术涉及水凝胶科学与
，特别是涉及水凝胶致动器的制备。
技术介绍
聚合物水凝胶具有三维聚合物网络结构，聚合物分子链之间以共价键或非共价键的形式交联在一起，聚合物网络被大量水所填充，因此，聚合物水凝胶具有固定的形状，能够吸水溶胀，但不会溶于水。而刺激响应水凝胶除了具备水凝胶以上特点外，还具有独特的环境刺激响应的溶胀和去溶胀行为。水凝胶制动器是一种受到外界刺激变化时(比如光、电、温度、PH、磁场、离子、湿度等)，形状和尺寸会发生可逆变化的智能水凝胶。这种独特的刺激响应性，使得水凝胶制动器在软机器人、药物输送、微流体阀门、人工肌肉等方面具有很好的应用前景。水凝胶致动器的可逆变形经历了三个发展阶段：收缩/膨胀，弯曲/伸直，螺旋/去螺旋。收缩/膨胀变形是由于水凝胶结构均匀，在各个方向具有相同的变形能力，内部产生均匀的应力，从而显示出各向同性的形状变化。弯曲/伸直变形是由于水凝胶在厚度方向结构不均匀，在厚度方向具有不同的变形能力，出现应力差，使得水凝胶发生弯曲/伸直变形。螺旋/去螺旋变形是水凝胶在厚度方向和垂直于厚度方向结构不均匀，在多个方向具有不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变形可控的水凝胶致动器，其特征在于：所述水凝胶致动器主要包含无机纳米材料、聚异丙基丙烯酰胺和水；在厚度方向上无机纳米材料浓度分布不均匀，一侧浓度高，另一侧浓度低，在平面方向上，这种不均匀的非对称结构可以按照需求任意图案化；当水温变化时，该水凝胶致动器在水中能够发生图案指定的多种可逆变形。

【技术特征摘要】
1.一种变形可控的水凝胶致动器，其特征在于：所述水凝胶致动器主要包含无机纳米材料、聚异丙基丙烯酰胺和水；在厚度方向上无机纳米材料浓度分布不均匀，一侧浓度高，另一侧浓度低，在平面方向上，这种不均匀的非对称结构可以按照需求任意图案化；当水温变化时，该水凝胶致动器在水中能够发生图案指定的多种可逆变形。2.权利要求1所述的变形可控的凝胶致动器的制备方法，具体制备步骤如下：(1)将无机纳米材料分散在水中，形成均匀分散液；(2)在步骤(1)的分散液中先后加入异丙基丙烯酰胺单体，搅拌溶解，接着加入引发剂，搅拌溶解，然后在冰浴下加入催化剂，搅拌溶解，得到含有无机纳米材料、异丙基丙烯酰胺、引发剂、催化剂的预凝胶；(3)将步骤(2)的预凝胶倒入长方形模具中，将模具放在可通气体的容器中，在预凝胶表面覆盖掩模板，接着缓慢通入氮气，使得在掩模板缝隙处裸露的预凝胶表面水分部分蒸发，从而诱导该区域无机纳米材料浓度在厚度方向上不均匀，即蒸发表面浓度高，底部浓度低；(4)将步骤(3)蒸发处理的预凝胶在室温静置完成聚合，即得到变形可控的水凝胶致动器，在平面方向上的图案指定水凝胶致动器的变形样式和变形方向。3.根据权利要求2所述的变形可控的水凝胶致动器制备方法，其特征在于：所述的无机纳米材料包括硅酸镁锂粘土、蒙脱土、层状双氢氧化物、氧化石墨烯、碳酸钙纳米颗粒、四氧化三铁纳米颗粒中的一种或多种。4.根据权利要求2或3所述的变形可控的水凝胶致动器制备方法，其特征在于：无机纳米材料的浓度为0.5-8％，异丙基丙烯酰胺的浓度为4-15％，引发剂的质量为异丙基丙烯酰胺质量的1-8％，催化剂的质量为异丙基丙烯酰胺质量的1-8％。5.根据权利要求2所述的变形可控的水凝胶致动器制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建锋，朱英，王金荣，谢丹，江雷，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11