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  自變形（self-shaping）材料的研究對醫療器械、軟機器人等領域具有重要意義。之前的研究表明，通過在水凝膠中構筑厚度或平面方向的梯度結構，可以控制水凝膠在溶脹過程中產生的應力分布，從而實現可控變形。這些研究集中在彎曲、折疊、螺旋、褶皺等簡單模式的變形，如何實現更加復雜、可控的變形模式是該領域的基本問題之一。

  浙江大學高分子系功能材料與流變學課題組研究發現，周期性圖案化水凝膠會發生協同變形，自發形成交替的凹凸結構（圖1）。通過光模板法，不溶脹的圓形聚丙烯酰胺水凝膠以正方形陣列位于高溶脹的聚(丙烯酰胺-co-2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸)凝膠中。在溶脹過程中，高溶脹率的水凝膠會向上凸起或向下凹陷，從而降低整個凝膠的彈性能，相臨區域的水凝膠向相反的方向屈曲，呈現變形協同性從而形成交替的凹凸結構。

圖1：周期性軟化水凝膠制備及其協同變形

  為了探索協同變形機理，圖案化水凝膠中的不溶脹區域排列成六邊形陣列結構，其協同變形存在兩種不同的模式，分別以三角形或者菱形為協同變形的基本單元（圖2）。實驗和模擬結果顯示，協同變形模式的選擇取決于圖案的結構參數以及水凝膠的性質。

圖2：六邊形陣列圖案化水凝膠的協同變形：菱形模式與三角形模式

  該研究發現的局部變形呈現協同性，其機理可適用于其它智能材料。論文發表于Science Advances（2017,3, e1700348），論文第一作者為碩士生王志健，吳子良副教授與愛荷華州大學洪偉副教授為共同通訊作者，該工作得到了國家自然科學基金和“青年千人計劃”的資助。

  文章鏈接：

  http://advances.sciencemag.org/content/3/9/e1700348

  Zhi Jian Wang, Chao Nan Zhu, Wei Hong*, Zi Liang Wu*, Qiang Zheng, Cooperative deformations of periodically patterned hydrogels, Science Advances, 2017, 3, e1700348