介绍：本文介绍了一种智能水凝胶系统，该系统通过设计坚硬的细胞模式来诱导水凝胶薄膜中的应变驱动异质子域。这些子域源于模式和薄膜领域在应用机械力下的不同的机械响应。与以往通过在软基质中加入增强体来调节材料属性的方法不同，本研究通过操纵这些子域构建块在软薄膜中的局部化、整合和相互作用，实现了对局部和全局行为的广泛调节。
投影灰度光刻，用于对具有细胞图案域的软水凝胶薄膜进行时空控制。
特别是，研究者们引入了一种子域界面机制，允许在单一材料系统中同时定制和解耦机械属性和形状变化，这在当前合成软材料中很少实现。此外，研究还使用了原位成像表征技术，包括通过数字图像相关性（DIC）的全场应变映射和通过快速傅里叶变换（FFT）分析实空间模式域的倒易空间模式，提供了快速实时监测工具，以揭示定制多尺度异质性和复杂行为的基本原理。
结果
通过时空控制光聚合实现可调结构和性能
利用动态光投影灰度光刻技术，研究者们在软水凝胶薄膜中打印出相对坚硬的细胞模式，这些模式在机械力作用下诱导出应变驱动的异质子域。
通过调节紫外（UV）光引发的聚合过程，可以系统地调节水凝胶的性能，包括强度和弹性模量。
水凝胶表现出热响应性，能够在温度超过体积相变温度时收缩。
应变设计的异质子域决定局部和整体的机械性能
模式化的水凝胶薄膜在拉伸时表现出应变的局部集中，导致局部区域形成不同的子域，这些子域在Poisson比上有显著差异。
这些子域的界面保持静态的x应变，表明了它们在宏观层面上的协同作用。
应变工程子域在决定局部和整体机械行为方面的特征。
整合各种“阶段”来操控机械特性
研究者们通过整合不同的细胞模式（代表不同的“阶段”）到统一的水凝胶薄膜中，实现了对局部和全局机械属性的微调。
不同的“阶段”在拉伸时表现出不同的应变响应，这影响了整体的水凝胶性能。
具有各种设计的合成水凝胶材料系统的机械特性。
共同设计形状转变和机械性能
通过调节相对坚硬的细胞模式作为热响应驱动的骨干，可以控制局部较软的薄膜领域的收缩，从而操纵整个2D水凝胶薄膜的全局变形。
研究者们展示了通过共同设计细胞模式域，可以在单一合成水凝胶中同时调整和解耦多方面的特性，例如机械属性、形状变化和分层的3D结构。
通过同时编码梯度和“多相”异质性来共同设计形状转变和机械性能。
各种单“相”设计及其“多相”集成的库
通过改变细胞单元的角度θ，实现了从负到正的Poisson比的广泛可调性。
通过战略性地整合不同的细胞单元，创建了具有复杂特征的“多相”水凝胶，这些特征在拉伸负荷下表现出独特的异质性能。
不同单“相”设计库及其复杂的多“相”集成。
讨论
通过先进的投影灰度光刻技术，实现了对智能水凝胶系统中材料属性和层次结构的全面调控。
应变工程异质子域之间的相互作用显著影响合成水凝胶在外部机械力下的局部和全局特性。
通过在合成水凝胶中操纵工程细胞单元及其相关的子域和整合，为设计层次化尺度上的软材料提供了有效策略。
使用原位成像技术（如DIC、FFT）可视化了软智能材料中应变诱导的异质子域及其复杂的组织和相互作用。
开创性的子域界面机制使得可以在单一合成智能材料系统中同时定制和解耦多方面的特性，这在以往的合成软材料研究中很少实现。
本研究中水凝胶拉伸测试由Cell Scale的Univert力学试验机提供技术支持。测试中，样品以1.2毫米/分钟的速度拉伸，使用20毫米的标距和20赫兹的频率。
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