多级可逆交联聚合物水凝胶具有高效的自愈合、健壮的机械性能和双驱动的形状记忆行为( Hierarchically reversible crosslinking polymeric hydrogels with highly efficient self-healing, robust mechanical properties, and double-driven shape memory behavior )

S Xue Y Wu G Liu M Guo Y Liu T Zhang Z Wang

由于水凝胶的力学性能差，使用寿命短，限制了水凝胶在许多领域的应用，因此设计具有良好力学性能和自修复能力的水凝胶受到了广泛的关注。本文以聚乙烯醇-硼砂（PVA/硼砂）水凝胶和聚（1-烯丙基-2-硫脲-丙烯酰胺）（P（ATU-co-AM））为原料，设计并制备了一种新型的分层可逆交联水凝胶，其中P（ATU-co-AM）在PVA/硼砂网络中互穿形成半互穿网络（semi-IPN）。冻融过程中产生的PVA晶区作为半互穿网络结构中的第二交联点，进一步提高了水凝胶的力学性能。所制备的水凝胶具有优异的力学性能（抗拉强度3.6MPa)、快速的自修复过程（10 min）和高的自修复效率（90%以上）、灵活的pH驱动形状记忆行为（260 s内恢复）和Ca2+驱动形状记忆行为，这是由于动态硼酸键形成的可逆主干、PVA和P（ATU-co-AM）链形成的丰富氢键以及PVA在冻融循环中的结晶性所致。以含羞草为例，利用含羞草的弯曲特性，构造了一个软性捕鱼器，说明了该水凝胶在Ca~(2+)溶液中捕获塑料鱼的实际应用。因此，由于水凝胶的自修复特性，可以通过组装不同的双层水凝胶来制备具有复杂结构和良好形状记忆行为的致动器。本研究提供了一种在不牺牲自修复能力和力学性能的前提下制备鲁棒性水凝胶的新方法，有望促进鲁棒性自修复水凝胶的研究。

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