● 摘要
自然界的动植物能够在复杂多变的环境中获得生存，而通过研究发现大多数生物能够对环境的变化做出能动的响应，而这一响应性与生物自身所具有的独特结构是分不开的。
受自然界中生物的启发，制备具有多重响应特性的功能材料依然是材料学研究的重点。自然界小麦麦芒的湿度响应性引起了我们的兴趣，它依靠自身特有的不同排列方向的微纤维结构，实现在湿度较高条件下直立生长状态；在干燥的环境中呈现弯曲状态，通过这两种状态的可逆转换满足小麦向下生长的需求。受其湿度响应性启发，制备具有类似响应功能的智能材料是我们研究的目标。通过调研发现水凝胶是一种亲水性三维网络状高聚物，具有湿度响应功能，通过紫外辐射自由基聚合的方法制得聚丙烯酸水凝胶，与刚性材料（纤维素膜）、铜丝组合，仿生制备出仿小麦麦芒结构的水凝胶器件，该智能器件除了对环境湿度具有响应特性之外，对不同的酸碱性溶液、盐溶液均具有响应性；同时在水凝胶体系中掺杂水溶性的磁性纳米粒子可实现对外加磁场的能动响应。由此仿生制备的水凝胶器件对多重外在环境的刺激做出智能响应。该器件具有成本廉价、原料易得、制备流程简单等优点，并且该智能器件还具有很好的稳定性以及可逆性。
鸭子通过不停地张闭喙喝到水滴。受此启发，我们又对智能器件中的铜丝做了浸润改性，通过碱溶液腐蚀的手段在铜丝表面构筑微米-纳米复合结构，使其具有超亲水特性，从而制备得到具有液滴定向传导功能的水凝胶智能开关。当环境湿度较小时，开关处于打开状态，小液滴依靠拉普拉斯压差实现快速传导；当环境湿度增大，开关闭合，小液滴停止运动。同时，改变水凝胶体系的组装顺序还可以实现智能开关的可逆闭合，即在潮湿的条件下，智能开关处于闭合状态；而在失水时，又会自动张开。通过对铜丝表面的浸润改性以及锥形结构提供的非平衡拉普拉斯压差实现微小液滴在一维介质表面的定向传导，该实验对液体定向输运、微流体等领域都有着一定的指导作用。