在自然界中，鹽度在動植物體內(nèi)的累積是影響生命過程的主要環(huán)境因素之一。很多動植物通過調(diào)節(jié)滲透機制和離子平衡區(qū)域化等方式來適應(yīng)不斷變化的鹽度環(huán)境。生物體可以耐受廣闊范圍鹽度變化而保持生存活力的性質(zhì)，被稱為廣鹽性。水凝膠作為與生命組織結(jié)構(gòu)和力學性能高度相近的人工材料，卻還不具備這一性能。例如常見的丙烯酰胺類水凝膠在高鹽度下會發(fā)生明顯的脫水和網(wǎng)絡(luò)坍塌，導(dǎo)致其溶脹、潤濕和力學等性能產(chǎn)生急劇變化。兩性離子水凝膠通常在高鹽度下發(fā)生明顯體積膨脹，同時力學性能大大減弱。因此如何構(gòu)建在廣闊的鹽度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的保水性、潤濕性和優(yōu)異的力學性能的水凝膠材料仍是挑戰(zhàn)。
北京工商大學高海南副教授和北京航空航天大學劉明杰教授團隊從自然界的廣鹽性生物中汲取靈感，首次報道了一種具有穩(wěn)定溶脹及潤濕性能的廣鹽性水凝膠材料。
二元協(xié)同互補是該凝膠體系的重要設(shè)計理念，研究者巧妙地將兩種不同鹽度響應(yīng)的水凝膠網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，即在高鹽度下發(fā)生網(wǎng)絡(luò)坍塌的聚N,N-二乙基丙烯酰胺（PDEA）網(wǎng)絡(luò)和具有“反聚電解質(zhì)”性能的兩性離子凝膠網(wǎng)絡(luò)聚3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]銨]丙烷-1-磺酸內(nèi)鹽（PDMAPS）。通過共聚合方法在水凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)構(gòu)筑具有動態(tài)互補功能的交聯(lián)點，這種特殊的結(jié)構(gòu)使得該水凝膠在不同鹽度下展現(xiàn)出不同的交聯(lián)形式。所制備的水凝膠在不同鹽度下都具有優(yōu)異的保水性、穩(wěn)定的溶脹及超親水潤濕性能。此外，通過構(gòu)筑雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，研究者還獲得了具有鹽度增強力學性能的雙網(wǎng)絡(luò)廣鹽性水凝膠。本文所介紹的廣鹽性凝膠材料可以在寬鹽域抗污染界面、油水分離設(shè)備以及高離子強度導(dǎo)電離子凝膠等方面具有應(yīng)用前景。
以上相關(guān)成果發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊。論文的通訊作者為高海南副教授，共同通訊作者為劉明杰教授。北京工商大學為該論文第一位完成單位。
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