浙江大学高分子科学与工程学系郑强教授、吴子良研究员团队在Adv. Mater.上发表剪纸结构水凝胶可控变形研究成果

变形材料在医疗器件、柔性电子、软机器人等领域有很好的应用前景。这些智能变形通常由材料不同响应性产生的体积、模量差异所致。其中，由平面梯度结构导致的屈曲变形具有双稳态的特性，引起了研究者的兴趣和关注。在可控变形与驱动器设计中，水凝胶等软材料通常是二维连续的表面，几何上的连续性导致相邻区域的变形相互限制，变形幅度较小。

郑强教授、吴子良研究员团队与南方科技大学洪伟教授团队合作，设计了一种具有剪纸结构的复合水凝胶，在同一条件下获得了多种稳态构型。通过多步光刻技术制备含有剪纸结构的复合水凝胶，其中高溶胀的凝胶被嵌在高模量、不溶胀的凝胶边框中。由于边框的限制，条状凝胶在溶胀时会发生大幅度的面外屈曲变形。通过局部预溶胀控制高溶胀凝胶的屈曲方向，实现了复合水凝胶的可控变形以及多稳态构型的选择性控制。剪纸结构的引入降低了几何上的相互制约，提高了变形自由度。通过剪纸结构的设计，可以使一些条状凝胶在另一些凝胶的基础上发生屈曲变形，形成多层三维构型。利用同一复合水凝胶形成的多种层级构型，研究人员设计了一种多触点的开关，实现了对多个LED灯的组合控制。此外，通过设计具有手性的二维图案，可以使局部凝胶面外屈曲的同时发生旋转变形，进一步丰富了变形模式与构型控制方法。

该工作将水凝胶智能变形与剪纸艺术相结合，实现了多稳态可控三维变形，通过一定的剪纸结构设计，得到了多层三维构型，有利于拓展变形材料在医疗器械、柔性电子等领域的应用。相关工作以“Kirigami-Design-Enabled Hydrogel Multimorphs with Application as a Multistate Switch”发表于Advanced Materials（2020, 32, 2000781;  DOI: 10.1002/adma.202000781）。Wiley-VCH旗下的MaterialsViewsChina网站也报道了这一成果（网页链接: https://www.materialsviewschina.com/2020/05/45251/ 微信链接：https://mp.weixin.qq.com/s/DFYpXWHRh0Caxn4qTzLJCw）。