北京师范大学汪辉亮教授课题组：离子喷墨打印技术实现水凝胶的可控复杂变形

目前，通过图案化方法改变凝胶局部的响应性能是一种有效制备可变形凝胶的方法。其中应用最广泛的是光刻和离子打印图案化方法，这些方法在凝胶上绘制的图案完全依赖于掩模、电极和模板的图案。但是目前制备上述图案模板的技术有限，所以很难在凝胶上绘制大尺寸、复杂和交联度可控的图案。此外，已报道的方法也很难连续、批量地在凝胶表面绘制图案。

通过离子喷墨打印技术在凝胶表面打印图案有以下几个优点（图2）：

（1）通过一次打印过程就能在大尺寸的水凝胶表面打印批量的图案（图2a）；

（2）计算机辅助设计的复杂图形能被完美地打印在凝胶表面（图2b）；

（3）凝胶的双面都能被打印上对称或不对称的图案（图2c）；

（4）通过改变打印次数和打印具有梯度分布的图案可以打印出渐变图案（图2d）。

采用离子喷墨打印技术可以灵活地向凝胶表面引入各种复杂的图形，从而驱动更为复杂的变形过程，得到更为复杂的三维形状（图4和视频2）。

（1） 凝胶单面带有均匀图案：当在六边形凝胶的一面打印上致密六边形图案后，该六边形凝胶可变形得到凸起的三角形；单面带有由玫瑰曲线衍生的图案的凝胶可变形得到凸起的六边形（图4a）。

（2） 凝胶双面带有交错的图案：当在圆环凝胶的两面打印上对称且交错的图案后，该凝胶可变形得到波浪形圆环；当八瓣花凝胶的双面被交错打印后，该凝胶可以变形得到鼎的形状（图4b）。

（3） 凝胶单面带有不均匀的图案：将单面具有不同打印次数的花朵形状的凝胶组装后，可变形得到一朵盛开的莲花；单面的打印次数由中间向两边递减的矩形凝胶可变形得到两端开口较大的圆管（图4c）。

（4） 凝胶双面带有对称的不均匀图案：双面打印次数由中心向边缘递减的圆形凝胶可变形得到带有波浪边缘的圆盘。双面打印次数由中心向两边递减的凝胶“叶子”可以变形得到具有波浪边缘的弯曲凝胶“叶子”（该变形借鉴于百合花叶子的生长结果）（图4d）。

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