無(wú)機物通常不具備構筑生命體所需的良好柔韌性、可塑性和響應性。絕大多數情況下，具有可調機械強度或摩擦學(xué)性能的類(lèi)生命材料（如自適應水凝膠）必須建立在輕而軟的有機分子上。換言之，如果能夠成功利用無(wú)機基元實(shí)現仿生軟材料的構筑，必將是對材料科學(xué)和納米技術(shù)的有力補充。因其不僅可為創(chuàng )造全新的“無(wú)機生命體”提供可行性，還能克服傳統有機化合物易燃、有毒性和難以生物降解等缺點(diǎn)。

圖1. 水凝膠在不同pH下的微觀(guān)表征及結構示意圖

　近日，中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所固體潤滑國家重點(diǎn)實(shí)驗室徐路特聘青年研究員團隊首次研制出一種僅由氧化石墨烯和水組成的雙響應型機械與摩擦學(xué)自適應水凝膠。該純無(wú)機凝膠能夠基于pH或溫度誘導的內部微觀(guān)結構重構，使自身機械強度或摩擦系數分別急劇或緩慢變化10倍、5倍以上。同時(shí)改變外部pH和溫度，則能誘發(fā)凝膠的機械與摩擦學(xué)性能發(fā)生更加顯著(zhù)的變化。該行為能夠高仿真模擬肌肉或海參在感受外部刺激或生物信號下的力學(xué)或摩擦學(xué)性能變化。

　　該水凝膠在低pH值和室溫下呈現出優(yōu)異的潤滑抗磨性能，可與由傳統有機潤滑基礎油或添加劑所形成的凝膠相比肩。結合所使用氧化石墨烯凝膠因子的低毒性和生物降解性，以及該水凝膠易于制備的優(yōu)點(diǎn)，研究人員認為這種新型自適應水凝膠不僅能夠用于仿生領(lǐng)域，還可作為智能與綠色超分子凝膠潤滑劑，用于精確調諧材料表面的摩擦學(xué)性能，繼而在智能器件（如自清潔表面和微流體技術(shù)）的構筑領(lǐng)域表現出潛在應用價(jià)值。

　　相關(guān)研究有望通過(guò)為制造完全不含任何有機分子的智能軟材料提供新的設計策略，繼而幫助擴大材料科學(xué)、膠體化學(xué)和納米技術(shù)的研究范圍，甚至有望創(chuàng )造出“無(wú)機生命”。

圖2. 水凝膠在不同pH下的摩擦學(xué)及機械性能表征

圖3. 水凝膠的熱響應性及pH和溫度對水凝膠機械和摩擦學(xué)性能的雙驅動(dòng)行為

　　相關(guān)研究成果以 “Dual-Driven Mechanically and Tribologically Adaptive Hydrogels Solely Constituted of Graphene Oxide and Water” 為題發(fā)表在Nano Letters上(https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c01489)。蘭州化物所胡璐琳助理工程師為該論文的第一作者，徐路特聘青年研究員和山東大學(xué)郝京誠教授為通訊作者。

　　該工作得到了蘭州化物所特聘人才計劃、煙臺先進(jìn)材料與綠色制造山東省實(shí)驗室項目的支持。