[发明专利]一种单层水凝胶、制备方法及用作柔性抓手的应用

说明书

一种单层水凝胶、制备方法及其用作柔性抓手的应用，包括以下步骤：配置前驱液；注入圆形塑料模具中，利用液面分层和界面渗透原理，在前驱液表面滴加不同种类的醇，通过控制醇的种类和渗透的时间，形成上层醇类液体对前驱液不同程度的渗透；然后低温紫外辐射交联，待渗透后的前驱液交联完全后；去离子水浸泡预处理，得到单层水凝胶。本发明单层水凝胶原料易得，制备简单，效率高，重复性好，是一种可规模化制备单层水凝胶的方法，此外，单层水凝胶具有良好的响应性弯曲性能，可实现温度控制的机械抓手。

技术领域

本发明涉及水凝胶材料的结构设计与应用技术领域，尤其涉及一种单层水凝胶、制备方法及用作柔性抓手的应用。

背景技术

水凝胶具有多种刺激响应性质，与生物软组织具有类似的含水量。因此，水凝胶在生物医学和软体机器人领域具有广泛的潜在应用价值。水凝胶在外界刺激下能产生可逆形变，例如失水收缩和吸水膨胀，但这些形变往往是无差别不可控的。因此需要对水凝胶进行结构设计，使其具有各向异性结构，从而变形可控。

智能水凝胶在对外界刺激(如温度，pH值，湿度，特殊离子或分子，离子强度或电场强度变化)作出反应时，体积或其他特性发生剧烈变化，近年来引起了广泛的兴趣。由于具有刺激响应特性，智能水凝胶在智能执行器等众多应用中发挥着越来越重要的作用，用于组织工程的支架，化学反应的开关，药物递送的载体，生物合成的基质，以及人工肌肉和软仿生机器。智能水凝胶的刺激响应变形运动包括膨胀/收缩和弯曲/不弯曲。膨胀/收缩是由于水凝胶在各方面均存在溶胀/收缩引起的；而抗弯/不抗弯则是不同大小的水凝胶在不同方向膨胀/收缩不均匀的结果。智能水凝胶的弯曲/不弯曲运动取决于许多参数，如水凝胶的形状和大小，以及不均匀的结构。刺激响应性水凝胶是一种能够对环境刺激做出弯曲/不弯曲反应的水凝胶，由于其在许多仿生应用领域(如软载体、机械手、和爬行器)中具有很高的应用前景而受到广泛关注。在刺激反应性水凝胶中，温度响应性水凝胶最具吸引力，因为温度变化作为一种外部刺激很容易控制。在温控软式机器人等许多实际应用中，对温度敏感的水凝胶必须具有显著的抗弯性能和良好的机械性能。到目前为止，已经开发出几种具有响应弯曲特性的温度响应型水凝胶。由于水凝胶内部结构不均匀，对温度的不对称响应可以使水凝胶发生明显的弯曲/不弯曲变形。通过在水凝胶或多层结构上建立不对称的交联度分布，制备了结构不均匀的温度-反应性水凝胶。通过控制反应温度的水凝胶的制备条件，可以得到不均匀的交联结构。因此，设计和控制水凝胶致动器的非均质结构是控制其致动行为的关键。传统的方法是将被动聚合物水凝胶和主动聚合物水凝胶逐步聚合，形成双层结构。一般来说，这种双层结构表现出缓慢的弯曲/不弯曲变形，经过大量的重复驱动后，特别是在大范围弯曲的情况下，沿弱界面有分层的趋势。制备非均质水凝胶致动器的其他策略包括:通过离子清洗改变聚电解质水凝胶的交联密度；通过电泳生成带电粒子包裹体浓度梯度；通过旋转磁场对磁性纳米粒子包裹体定向进行位点特异性控制。对于这些非均质水凝胶致动器，由于含有相同的聚合物基体，可以避免形成具有弱相互作用的锐界面。通过控制其局部异构结构，可以在一定程度上对其驱动进行调优。然而，它不能实现快速而复杂的可调驱动。此外，操作局部异构结构的过程非常复杂，这限制了它们的实际应用。

因此，针对水凝胶的复杂操作以及不能实现快速响应，根据液面分层、界面渗透原理提出一种简单易合成的、成本低廉、快速响应的水凝胶。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种单层水凝胶、制备方法及用作柔性抓手的应用。

本发明的目的一方面是通过以下技术方案实现的：

一种单层水凝胶的制备方法，其特征在于：所述单层水凝胶由造孔剂和前驱液构成，所述单层水凝胶的制备原料包括聚合反应单体、化学交联剂、光引发剂和造孔剂，所述单层水凝胶由以下步骤制备：

步骤(1)：制备前驱液：