Belousov-Zhabotinsky反应自振荡水凝胶材料的性能及仿生功能

材料在微观层面上的性能与其宏观功能间的关联关系,是仿生软材料研究领域的主要关注点以及材料设计的基础。以Belousov-Zhabotinsky反应自振荡水凝胶(BZ胶)为代表,这种由化学信号波驱动和调制,从而将微观构象转变和配位调节为具有宏观运动功能的软材料类型,是近年来仿生材料研究的热点之一。该类材料工作于非平衡态,其运动功能具有内驱动性、仿生性、程控性、自适应性和无缆化等特性。本文综述了BZ胶的微观分子构象、化学能-机械能的转换、流变学性能,以及用BZ胶的宏观活性材料制备的软马达的仿生运动功能设计等内容的主要研究进展,讨论了其中亟待解决的关键问题,并提出了未来可行的解决方案。

自振荡凝胶的仿生运动

定向运动是生命体最基本的功能,是其进化、生存和繁衍的前提。近年来为了研究生命体的运动机制,许多人工系统被相继开发并用于模拟部分生命体的运动行为。在诸多人工仿生系统里,自振荡凝胶由于同时具有内部驱动产生动能、运动定向性、无缆化和环境自适应等性能而备受瞩目。本文介绍了自振荡凝胶仿生运动的化学-机械能转换的理论根源并综述了仿生运动模式研究近期的进展,在此基础上展望了自振荡凝胶运动研究面临的机遇、挑战和未来发展方向。