第一作家：Jiabin Liu通信作家：Shaoting Lin通信单元：密歇根州立大学DOI: 10.1002/adma.202407925

配景先容

高性能的机械反馈变色材料不错可逆地和弹性地改变神色以反馈机械变形，这关于各式当代时间来说长短常理念念的，举例用于光学传感的显现纺织品、用于机器东谈主试验嗅觉的光纤和用于毁伤可视化的分子探针。具体来说，关于当代触觉机器东谈主来说，这些高性能的机械反馈变色材料在将触觉升沉为可分歧的图像方面施展细心要作用。现存成立机械反馈变色材料的悉力频繁依赖于机械载体的化学合成、微/纳米结构的名义工程和电/热/化学变色物资的分子掺入。尽管获得了进展，但这些悉力仍濒临着几个不容其试验部署的要紧挑战，包括较差的轮回性能、速率和角度依赖性、恬逸的反馈速率和复杂的集成。具体来说，基于机械电泳合成的机械反馈变色材料在轮回加载下频繁会劣化，因为它们的神色改革主要依赖于团员物链的断裂。尽管一些机械载体不错通过可逆滑环在放肆变形下发扬出可逆的神色变化，但在大变形下加载10到50次轮回后，它们仍然会失去神色变化才气，这不能幸免地会导致散装材料中的链断裂。比拟之下，基于结构工程的机械反馈变色材料频繁不需要断链或会聚蜕变，但由于其有序的结构，它们频繁会发扬出与角度有关的神色变化，这对一致、可交流和可权衡的变色反馈提倡了固有的挑战。此外，天然引入电/热/化学变色物资为成立机械反馈变色材料引入了特等的谋略空间，但它也带来了固有的局限性，举例由于场传输所需的时间而延伸的反馈时间，以及与它们的集成有关的增多的制造复杂性。此外，险些整个基于团员物的机械反馈变色材料由于其粘弹性而阅历了显耀的速率依赖性，从而导致了速率依赖性变色性能。因此，仍然热切需要立异机械反馈变色材料，以处置这些局限性，提供适用于试验诈欺的快速、可逆和有弹性的变色性能。成立理念念的机械反馈变色材料的一种有迷惑力的要领是光弹性。光弹性是1815年发现的透明材料的应力指引双折射效应，由于其约略探伤软材料的大变形，量化多孔介质中的灵验应力，并查验3D颗粒介质中的力链，当今东谈主们对软材料的景仰正在再行兴起。与机械电泳合成不同，机械电泳合成中的神色变化是由这些链的断裂引起的，光弹性软材料的神色变化源于团员物链的非线性弹性；光弹性软材料的神色变化在不同视角下保握一致，这与结构工程也有本质区别。尽管有这些显耀的上风，但现存的光弹性软材料在屡次机械载荷轮回下仍会发生倦怠断裂，这是很多软韧性材料中无数存在的问题。交流轮回会导致现存光弹性软材料的分子毁伤，改变链胪列，并导致随时间变化的神色变化反馈。天然光弹性软材料行为机械反馈变色材料显现出繁多的出息，但进一步的推敲关于处置这些挑战至关要害，十分是关于需要握久和动态变色才气的诈欺。

本文亮点

1. 本责任报谈了一种抗倦怠机械反馈变色水凝胶（FMCH），在机械应力下发扬出可逆、有弹性和可权衡的神色变化。2. 在未变方法态下，FMCH在圆偏振镜下保握黝黑；在单轴拉伸至其开动长度的六倍时，它的神色恬逸从玄色改革为灰色、黄色和紫色。3. 与传统的机械反馈变色材料不同，FMCH在各式应变率下可保握高达10000次轮回的性能。4. FMCH显现出优异的机械性能，断裂韧性为3000 J m−2，拉伸性为6，倦怠阈值高达400 J m−2。

图文通晓

图1. FMCHs的分子谋略和光弹性。a） FMCH由长团员物链、交联剂、缠结物、吸湿盐和增塑剂构成。b） 当FMCH受到拉伸时，分子缠结充任滑链，使团员物链共同承受力。同期，团员物链的胪列和取向导致两个主应力观念（α1平行于拉伸观念，α2垂直于拉伸观念）之间的极化率相反，从而导致在圆偏振仪下可不雅察到的应力有关神色变化。c） 在圆偏振仪下，FMCH在不同拉伸水平下的光弹性图像。d） FMCH在不同拉伸比λ下的实验光弹性神色过头相应的延伸δ。

图2. FMCH的机械光学特质。a） 用于机械调制的分子纠缠调谐暗示图。通过改变交联剂的量来养息分子缠结的经由。b） 通过单项Ogden超弹性模子拟合，测量了具有不同交联剂密度φc的FMCH的标称应力S与拉伸比λ的研究。c） 关于吸湿盐浓度φs=4 M。d）的FMCH，细目的剪切模量μ与交联剂密度φc的研究。通过养息吸湿盐的量来养息含水量。e） 通过非线性光弹性模子拟合，测量了不同吸湿盐浓度φs的双折射与实在应力σ的研究。f） 当交联剂密度φC=3.3×10−5时，FMCH的索求应力光学整个C随盐浓度的增多而增多φs。

图3. FMCH的断裂和倦怠特质。a） 测量单轮回载荷下断裂韧性的纯剪切拉伸历练暗示图。b） 纯剪切拉伸历练下切口FMCH的实验和模拟力与拉伸比弧线的比较。δmax=2Γ/Smax的模拟与实验成果吻合精粹，而δmax=2γ/Smax的模拟低于实验成果。c） 在拉伸比λ=3下，使用数字图像有关（DIC）的实验和使用有限元建模的模拟对切口FMCH的应变场进行了比较。d） 测量多个载荷轮回下倦怠阈值的纯剪切拉伸历练暗示图。e） 在不同拉伸比λ下，FMCH的测量裂纹扩张Δc与轮回数N的研究。f） 每轮回索求的裂纹扩张dc/dN与能量开释率G的研究。

图4. FMCHs的永久动态和静态光弹性特质。a） 动态轮回历练暗示图。b） 咱们的FMCH和其他两个对照样品的光弹性神色和c）相应双折射Δn行为轮回数n的函数的比较。d） 静态莽撞历练暗示图。e） 咱们的FMCH和对照样品3之间测量的归一化力F/Fmax随时间t变化的比较。f） 测量的归一化双折射Δn/Δn0随应变率变化的比较。

图5. FMHP在基于视觉的触觉机器东谈主中的诈欺。a） 通过将应力散播升沉为可分歧的图像，将FMHP达成为基于视觉的触觉机器东谈主的触觉传感器的暗示图。b） 触觉传感器集成成像系统、偏振器、透明基板、预拉伸FMHP和反射膜的暗示图。c） 软反射膜在未变形和拉伸状况下的反射率与光波长的研究（λ=3）。d） 未变形和拉伸状况下软反射膜的透射率与光波长的研究（λ=3）。e） 不同模量（即3 MPa、68 kPa、5 kPa）的不同物体。f） 不同方法的不同物体（即螺钉头、螺纹、六角臂）。g） 消亡物体（即平垫圈），力恬逸增大（0、1、2、4、8 N）。h） 消亡物体（即平垫圈）具有不同角度（0、30、45、75、90°）。i） 与g中的光弹性图像比拟，当平垫圈在模拟中受到越来越大的力（0、1、2、4、8 N）时欧洲杯体育，FMCH上的应力散播（主应力之差）。j） 与h）中的光弹性图像比拟，当平垫圈在模拟中受到越来越大的力（0、1、2、4、8 N）时，FMCH上的应力散播（主应力之差）。