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前言
- 摘要：传统纤维型人工肌肉主要通过加捻工艺将材料的体积膨胀转化为轴向运动，但普遍存在制备工艺复杂、能量密度低及响应速度慢等问题. 为突破上述瓶颈，开发无需加捻即可实现高性能驱动的新型纤维材料已成为当前柔性驱动领域的重要研究方向. 基于此，本课题组及同行对具有径向纳米片取向的碳化钛(Ti3C2Tx)纳米片(MXene)/纤维素纳米纤维(CNFs)复合纤维人工肌肉(MFAMs)的结构设计、制备方法及驱动机制进行了系统阐述，通过构筑MXene纳米片径向取向的MFAMs，从而构建氢键网络径向排列机制，突破了传统纤维型人工肌肉依赖加捻实现驱动的限制. 本专论首先介绍人工肌肉制备方法的发展背景及驱动模式，随后重点阐述MFAMs的结构设计、多刺激响应与潜在应用，并对人工肌肉未来的研究方向进行了简要的总结和展望.关键词：MXene纳米片;复合纤维;径向取向;氢键网络;人工肌肉164|57|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
专论
- 摘要：水凝胶因与生物组织相似的力学特征与丰富的刺激响应性，已在航空航天、生物医药以及柔性电子等方面展现出良好的应用前景，并在许多关键领域已有应用. 其表面作为应用中与其他物体或装置产生相互作用的区域，同功能的实现息息相关. 然而，传统水凝胶一般质地均匀，且表面无特殊微纳结构，难以满足复杂场景对材料表面特性的精细需求，制约了材料应用的拓展. 对此，近期发展了一系列基于不同化学或物理过程的方法，实现了水凝胶表面性能的精准调控，包括浸润性、黏附性以及光学性能等，以满足不同场景的差异化需求. 本文聚焦水凝胶表面性能的图案化调控，围绕特性-策略-应用3个维度，对近期相关领域的研究成果进行综述，并提出所面临的机遇与挑战. 特别地，本综述着重论述了基于光化学过程实现水凝胶表面性能调控的方法，为相关研究提供良好的借鉴.关键词：水凝胶;表面性质;图案化;刺激响应;功能应用634|337|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：自然表面常以有限组分实现多尺度、多波段光谱调控，为动态热管理材料提供了可转译的设计范式. 本文围绕“生物原型—光谱机制—高分子/复合材料转译—热管理功能”的主线，综述仿生启发的光谱调控动态热管理材料研究进展. 首先，从光谱指标出发区分静态辐射冷却与动态热管理，强调调制幅度、触发方式、循环稳定性和跨波段兼容性等评价要素. 随后，按照可见光-近红外、中红外、太阳-红外双模和多频谱协同4类窗口，讨论变色龙结构色、昆虫宽带反射、头足类软界面、植物开合结构和蝴蝶鳞片多频谱协同等代表性仿生策略. 文章进一步分析弹性体、柔性薄膜、织物、聚合物复合界面和可加工基体在结构转译、动态响应和器件集成中的作用. 最后指出，未来研究应从形貌模仿转向光谱机制抽象，建立面向长期服役和复杂环境的标准化评价、耐久性验证与多功能权衡设计.关键词：仿生启发;光谱调控;动态热管理;可变发射率;辐射冷却;多频谱协同116|52|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
综述
- 摘要：以离子为传输介质的纳米流体器件具备链接生物与非生物界面的功能. 然而，当前报道的纳米流体器件缺乏类似电子限流器的自适应保护与非线性调控功能. 针对该问题，本研究报道了一种基于氧化石墨烯(GO)与纳米纤维素(NCF)复合纤维的纳米流体离子限流器. 该器件利用湿法纺丝工艺构建了层间距约为1 nm的有序限域纳米通道，实现了对离子的可控传输. 在强电场刺激下，通道入口的离子快速富集触发库仑阻塞效应，导致入口处通道内离子浓度降低并建立与电场方向相反的离子浓度梯度，诱导产生逆向离子流. 因此，器件电流在超过电压阈值后呈现下降趋势，体现出类似于电子电路限流功能的自适应电流饱和与衰减机制. 此外，基于该材料构建的刺激-响应系统成功模拟了生物神经信号的传导与超限抑制机制，并且可将信号载体拓展为神经递质多巴胺分子. 本工作为开发自适应仿生离子逻辑电路与神经形态计算系统提供了新的器件原型和理论依据.关键词：仿生智能器件;纳米纤维素;离子限流器;纳米流体915|875|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：受人体内疏松结缔组织的自修复过程及其支化结构的启发，设计合成了具有典型支化结构的刷状聚合物，其薄膜可以不依靠特殊的价键作用实现室温下智能且有效的自修复过程. 首先以含2-羰基溴基团的丙烯酸酯功能性单体为基础，利用可逆加成断裂链转移聚合合成了大分子引发剂，结合原子转移自由基聚合制备了主链一侧连接甲基，另一侧接枝聚丙烯酸乙酯/丁酯侧链的2类刷状聚合物. 研究了这2类刷状聚合物薄膜在室温下以及酸性、中性、碱性条件下的自修复行为，证明了刷状聚合物薄膜具有良好的自修复功能、耐酸碱的稳定性及弹性特征. 最后结合计算机模拟探索了刷状聚合物的仿生自修复机制，主要源于侧链间的范德华相互作用和链互锁作用. 本研究无需常规自修复材料对特殊价键作用的依赖，仅依靠聚合物的拓扑结构和范德华力即可实现其室温下的高效自修复过程，为设计结构简单的自修复智能高分子材料提供了新思路.关键词：刷状聚合物;范德华作用;自修复;仿生结构;链缠结687|151|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：水面行走是自然界中一种独特的运动形式，然而，构建速度和方向可控的水生软体机器人仍然极具挑战.本研究以疏水性液晶薄膜作为仿生机器人主体，结合响应性液晶弹性体(LCE)作为驱动臂，通过在LCE中负载光热转化剂，在其表面吸附樟脑作为马兰戈尼效应的驱动燃料，构建了一种光驱动的水面行走仿生微机器人. 在光驱动下，LCE驱动臂在展开与折叠状态之间切换，从而改变其与液面的距离，进而引起自升华燃料分子在水面的吸附变化. 当驱动臂展开靠近液面，吸附增加，区域性表面张力降低，产生马兰戈尼效应，推动微机器人向前运动. 相应地，LCE恢复折叠状态，远离水面，驱动燃料分子在水面吸附减少，表面张力梯度减弱，运动停止，实现了光诱导的启停功能. 进一步，基于多折叠臂微机器人结构设计，实现了光诱导下运动方向和速度的多自由度可控驱动行为. 本研究克服了传统马兰戈尼驱动机器人在运动启停和方向调控方面可控性低的问题，为设计复杂水环境中具有时空可控驱动行为的无绳软机器人提供了新策略.关键词：仿生驱动器;液晶弹性体;光响应;马兰戈尼效应;可控驱动340|199|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：生物可降解支架广泛应用于血管狭窄的治疗，但术后血管内再狭窄等并发症常导致局部血压升高，严重影响患者预后. 因此，对血管内压力进行连续原位监测具有重要的早期预警价值. 然而，现有压力传感器在结构适配性、服役周期和降解行为上难以与可降解支架匹配，限制了其临床应用. 为此，本研究提出了一种将压力监测与可降解性能协同设计的策略，制备了一种可与血管支架集成的可降解电容式压力传感纤维. 该传感纤维具有同轴多层结构，以胶原蛋白手术缝合线为柔性基底，通过热蒸镀金构建导电电极，并以聚柠檬酸酯作为介电层、聚己内酯作为封装层. 通过调控聚合物的组成与结构，实现了传感性能与降解速率的协同优化. 所制备的传感纤维在0~25 kPa (覆盖血管内生理压力范围)内灵敏度达0.051 kPa-1，并表现出良好的生物安全性. 其与可降解支架有效集成后可提供短期监测功能与协同降解特性，为构建可降解智能血管支架以及实现其它可植入医疗器械的功能化提供了新路径.关键词：纤维器件;压力监测;传感纤维;生物可降解材料;血管支架507|205|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：介电弹性体(DEs)因具有大变形、响应速度快和柔顺性好等特点，在软体机器人、柔性驱动器和人工肌肉等领域具有广泛应用前景. DE的力电耦合性能对环境因素较为敏感，其中湿度会改变材料的介电性能、剪切模量和黏性阻尼特性，进而影响其变形响应与稳定过程. 为此，本研究建立了一个考虑湿度影响的黏弹性介电弹性体力电耦合分析模型. 该模型基于Kelvin-Voigt-Maxwell (KVM)流变模型描述材料的蠕变与松弛行为，并结合Gent模型表征介电弹性体的大变形应变硬化特性. 通过数值模拟，系统分析了湿度、预拉伸比、直流电压以及循环加载时间尺度对黏弹性介电弹性体动态响应的影响. 结果表明，湿度升高会增大介电弹性体的总拉伸和非弹性拉伸，并延长系统达到稳定状态的时间；预拉伸比和直流电压的增加会进一步增强电致变形响应. 弹簧分支表现出明显的黏弹性松弛特征，阻尼器响应则受循环时间尺度显著影响. 本研究可为湿度环境下介电弹性体驱动器的结构设计与性能优化提供理论参考.关键词：介电弹性体;黏弹性;湿度;Kelvin-Voigt-Maxwell模型;力电耦合35|24|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：传统水凝胶因能量耗散不足，通常力学性能欠佳，制约了其在生物工程及柔性电子领域的应用. 本研究利用疏水相互作用(聚(丙烯酰胺-甲基丙烯酸月桂酯共聚物)与十二烷基硫酸钠胶束)与离子交联(κ-卡拉胶与钾离子)的协同效应，构筑了一系列物理交联型双网络水凝胶. 系统考察了2种交联网络配比对凝胶微观形貌、力学性能、动态流变行为及压敏响应的影响. 研究发现，当κ-卡拉胶含量为1.6 wt%、丙烯酰胺含量为16 wt%时，所得水凝胶综合性能最佳：90%压缩应变下的压缩强度达到4.7 MPa，能量耗散密度为281.2 kJ/m3，且经历10次循环压缩后基本能回复至原始高度. 在1 V恒压条件下，该凝胶展现出灵敏且稳定的压阻响应(相对电阻变化ΔR/R0在首次压缩循环时可达-0.8)，能够将压缩应变实时转换为电信号. 本工作为开发兼具高力学强度、优异回弹性及灵敏压阻响应的全物理交联双网络水凝胶提供了新思路.关键词：双网络水凝胶;疏水相互作用;离子交联;压敏传感79|51|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：细胞外基质的动态力学变化在调控巨噬细胞极化及免疫响应中发挥关键作用. 然而，传统多肽水凝胶力学性质通常较为固定，多数仅能实现“软-硬”2种模量状态的切换，难以模拟细胞外基质多级变化的力学性质. 为此，我们构建了一种多波长光响应模量可调的多肽水凝胶体系. 在亲疏水交替的两亲性多肽结构中引入偶氮苯与生物相容性良好的香豆素作为正交光响应基元，利用光响应带来的序列两亲性改变，实现了在3种特定波长光照射下对水凝胶二级结构及力学模量的可逆多级调控. 通过流变学测试表征其模量变化行为，该水凝胶体系在450、365和405 nm波长光刺激下，实现了在“硬-软-硬”3种模量状态之间的可逆转变，并表现出良好的循环稳定性. 在三维培养状态下，不同模量显著影响巨噬细胞的极化方向：较高模量倾向诱导M1型促炎型极化，而较低模量倾向M2型抗炎/修复表型表达. 本研究为开发新型组织工程和再生医学中的应用材料提供了一种新的设计策略.关键词：短肽水凝胶;多波长响应;模量调控;巨噬细胞极化39|54|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：基于刺激响应材料的光驱动致动器在软体机器人与智能响应系统等领域中具有重要应用潜力. 然而，目前多数光驱动致动器仍局限于较慢的响应速度和单一运动模式，如何构建兼具迅速响应、多种运动模式和高性能输出的光驱动致动体系仍具有挑战性. 本工作制备了一种基于聚吡咯/聚乙二醇/聚乙烯醇(PPy/PEG/PVA)三元复合材料的光驱动多模态致动器. 该致动器在光驱动下可实现跳跃、滚动及翻转3种运动模式，并表现出毫秒级的快速响应和优异的运动性能. 具体而言，在跳跃模式下，其最快响应时间仅为8.4 ms，最大跳跃高度可达9.1 cm (57倍体长，57 BL (body lengths))，起跳速度约为1.36 m/s (850 BL/s)；在滚动模式下，平均滚动速度可达53 mm/s (33 BL/s)；在翻转模式下，最大平均角速度可达8.4 (°)/ms. 上述多模态运动行为源于PPy的光热效应诱导的光照部位水分汽化、气泡生成与破裂产生的推进力. 该光驱动PPy/PEG/PVA复合材料致动器具备可控的运动模式与方向，在复杂环境下的高机动软体机器人及光驱动智能响应系统等领域中具有潜在应用价值.关键词：多模态;快速响应;光驱动致动器;气泡80|42|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：胆甾相液晶(cholesteric liquid crystal，CLC)对非偏振光的理论最大反射率仅为50%，现有超反射器件多聚焦于静态特性的实现，缺乏动态可逆调控能力.本研究将光响应分子马达引入聚合物稳定胆甾相液晶(polymer-stabilized cholesteric liquid crystal，PSCLCs)体系，构建了“静态右手螺旋聚合物网络-动态左手螺旋光响应胆甾相液晶”的双手性复合结构，成功实现了可动态调控的超反射效应. 通过“洗出-填充”工艺制备了光响应超反射器件，实现了非偏振光反射率接近100%的超反射状态与50%单反射状态的可逆切换. 系统优化了烘干时间等关键工艺参数，器件经200次紫外光照射与热恢复循环后仍保持稳定的光学响应. 同时，阐明了分子马达驱动的CLC螺旋结构反转与光子带隙双向调控机制，揭示了双相反手性结构协同产生超反射现象的核心原理. 基于器件独特的偏振光选择性与动态光响应特性，开发了图案化防伪器件并建立了四级闭环防伪验证体系，为高安全性动态光学防伪技术提供了新的设计思路与实验依据.关键词：分子马达;胆甾相液晶;光响应超反射器件;防伪标签36|39|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：为实现结构色信息的空间可控与分级可视化读取，本研究以聚苯乙烯(PS)光子晶体模板为结构色单元，经由透明胶带辅助转移和裁切形成预设的结构色图案为信息存储层，以炭黑掺杂液晶弹性体(LCE)为光热响应与可编程形变基体，通过表面复合把结构色图案集成在液晶弹性体表面，构筑了一种可编程图案化结构色/液晶弹性体复合致动器. 其结合了液晶弹性体的可逆大形变能力与光子晶体的鲜艳、稳定结构色，实现了在单一体系中信息显示的可编程调控. 在初始状态下折叠的复合致动器可隐藏结构色图案，当施加局部近红外光照时，可诱导对应区域发生选择性光热形变，仅使该区域图案显示. 在热刺激下可实现完整图案的一次性读取. 该研究提出了一种基于表面物理转移和集成结构色图案的液晶弹性体致动器构筑方案，为发展柔性智能加密显示器件及多功能软致动器提供了一种简洁有效的策略.关键词：液晶弹性体;结构色;光子晶体;致动器;光热致动72|48|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：以蝎子皮为原料，采用碱/酸/碱预处理与NaOH/尿素低温冻融相结合的方法获得蝎子荧光提取物(scorpion fluorescence extract，SFE)，并将SFE引入丙烯酸丁酯(BA)/N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)原位自由基共聚体系，制备了系列蝎子荧光物质掺杂的聚(丙烯酸丁酯-co-N-异丙基丙烯酰胺) (PBN-SFE)透明柔性薄膜. 结构表征表明，SFE的引入改变了PBN中酯基羰基和酰胺相关基团的局部化学环境，提示SFE与PBN链段之间可能存在非共价相互作用. 在365 nm激发下，SFE掺杂后薄膜呈现蓝绿色可见荧光响应，同时紫外屏蔽性能显著提升；其中PBN-15薄膜在紫外照射下呈现明显蓝绿色可视荧光响应，UV-B和UV-A平均透过率分别降至1.31%和2.64%，达到UPF 50+高防护水平. PBN-15薄膜还表现出热诱导形貌恢复、乙醇辅助溶解-再成膜加工能力以及对E. coli、S. aureus和C. albicans的一定抑制作用. 为蝎子荧光物质利用以及天然来源荧光/抗紫外多功能柔性薄膜设计提供了新的思路.关键词：蝎子荧光提取物;聚(丙烯酸丁酯-co-N-异丙基丙烯酰胺)薄膜;紫外屏蔽;抗菌62|36|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：受关节动态润滑功能的启发，众多仿生响应润滑水凝胶被开发用于仿生关节骨膜或运动机构的应用领域. 然而，在实际应用过程中因磨损或意外损伤水凝胶的机械性能和摩擦性能会显著下降，严重影响材料的使用安全和寿命. 因此，开发在动态剪切条件下具有良好自修复与润滑性能的水凝胶，对于设计和制备具有潜在生物界面润滑应用价值的仿生关节及相关运动部件尤为重要. 本研究通过将剪切响应N-芴甲氧羰基-L-色氨酸(FT)超分子π-π非共价网络和动态共价席夫碱键的氧化海藻酸钠/聚丙烯酰胺(OSA-PAM)网络复合构建了FT/OSA-PAM半转换水凝胶. OSA中的醛基与PAM链段中的氨基形成可逆席夫碱键，赋予凝胶界面重构能力；FT超分子网络在剪切下的解组装使水凝胶发生部分凝胶-溶胶转换，在表面形成溶胶润滑层实现剪切润滑功能. 水凝胶损伤后切口内由于受到的剪切较弱，FT溶胶会再次发生π-π组装，同时协同OSA中的醛基与PAM链段中的氨基形成的席夫碱键使水凝胶在动态剪切条件下实现自修复. 该半转换水凝胶在动态剪切条件下力学性能自修复效率为(89.51±9.21)%；响应润滑功能实现完全修复. 本研究结果表明超分子π-π相互作用和动态席夫碱键的协同策略为设计制备具有高效剪切自修复性能的仿骨膜润滑水凝胶提供可行途径.关键词：半转换水凝胶;自修复;席夫碱键;π-π相互作用;剪切响应84|35|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：高分子力化学利用机械力触发化学反应，其中力致变色效应能将力学刺激转化为可视化光学信号，是表征材料内部应力分布的核心工具. 力敏团的活化行为不仅取决于本身的活化应力阈值，还与基体化学环境、网络拓扑结构密切相关，此外，单一力敏团往往仅能释放单一响应信号，而多力敏团串联的协同或逐步活化，可提供更丰富的力化学行为，因此具有独特的研究价值. 本研究设计合成了一种基于联苯桥连的双螺吡喃力敏团(BDSP)，旨在揭示基体极性及网络结构对BDSP活化行为的影响机制. 通过紫外光谱确定了单开环(BDSPo-c，560~610 nm)与双开环(BDSPo-o，645~683 nm)的特征光谱. 进一步将BDSP共价引入交联聚氨酯及聚丙烯酸酯多网络弹性体中，结合原位紫外-可见光谱追踪其拉伸过程中的结构演化. 本研究揭示了基体极性与网络拓扑对双螺吡喃活化行为的调控规律，为构建更加灵敏高效的力响应功能高分子材料提供了新思路.关键词：力致变色;联苯桥连双螺吡喃力敏团;光致变色;基体效应;多网络拓扑55|46|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：力致变色高分子能够将机械力转化为可视化光学信号，在应力传感与损伤预警中具有重要应用潜力. 然而，传统罗丹明类力敏团在应力松弛过程中常发生二次变色，干扰应力与光信号的直接关联. 本研究受罗丹明-荧光素稠并双螺环小分子溶液中选择性开环行为的启发，设计并合成了新型稠合力敏团Rh-Flu，并将其作为共价交联剂引入多重网络弹性体中，系统研究了Rh-Flu在聚丙烯酸甲酯网络中的力响应行为. 结果表明，Rh-Flu在力刺激下优先开环形成稳定的罗丹明单开环产物，其在应力松弛后不发生二次光学变化. 三重网络弹性体在拉伸和压缩下的颜色(浅黄→橙)与荧光(蓝→橙)变化均连续且稳定，与应力呈良好的线性关系，可用于应力场可视化. 本研究发现了Rh-Flu这一稠并双螺环结构的力致开环选择性，为发展光学信号直接、稳定的力响应高分子提供了新策略.关键词：力敏团;力致变色;多重网络弹性体;罗丹明;荧光素53|35|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
- 摘要：聚多巴胺(PDA)涂层因其普适性表面修饰能力而备受关注，然而传统多巴胺体系存在聚合速率慢、反应过程难以调控及成本较高等局限性，制约了其实际应用化进程. 本研究提出以低成本邻苯二酚(CA)与间苯二胺(MPD)构建仿生聚合体系，并引入臭氧(O3)作为高效氧化剂，系统研究了CA&MPD体系的快速可控氧化聚合及涂层沉积行为. 研究表明，臭氧可在水中原位产生羟基自由基等活性氧物种，将CA快速氧化为邻苯二醌，并驱动其与MPD发生迈克尔加成和席夫碱缩合反应，使聚合速率实现从“小时级”到“分钟级”的跨越. 与空气氧化相比，臭氧辅助策略显著提升了涂层沉积速率与表面均匀性，且通过控制臭氧发生器的开/关状态可实现聚合过程的实时精确调控. 所得P(CA&MPD)涂层具有优异的亲水性、化学稳定性和热稳定性，且该策略对CA与多种二胺(邻/间/对苯二胺、己二胺及环己二胺)仿生体系均具有良好普适性. 本研究为低成本类多巴胺仿生体系的快速、可控聚合及高效界面涂层构筑提供了绿色、普适的新策略，有望推动类聚多巴胺涂层技术的应用化进程.关键词：邻苯二酚;二胺;臭氧;快速聚合;表面改性70|20|0<图文摘要> <HTML><网络PDF> <Enhanced-PDF>更新时间：2026-09-30
研究论文
