中山大學郭輝團隊 CEJ:開發玻璃態水凝膠的高效普適制備策略
2023-01-05 來源:高分子科技
水凝膠是一類富含水分的類固態軟物質,近年來在生物醫用、柔性傳感等領域備受關注。然而,水凝膠軟而弱的機械性質一直是制約水凝膠應用的藩籬。盡管近十余年來雙網絡水凝膠、物理相互作用水凝膠等全新系統的問世一定程度上改善此現狀,但水凝膠材料的機械性質依然與其他類型的工程材料相去甚遠。究其原因,水凝膠中大量存在的水分充當了材料的增塑劑,使之維持在低剛性的橡膠態。與之相反,大部分塑料通常在服役條件下處于玻璃態,因此具有高達GPa的彈性模量。
受到熱塑性塑料的啟發,中山大學郭輝副教授團隊提出了一種簡單、有效和通用的策略,即通過精巧的單體選擇和結構控制,維持水凝膠網絡處于玻璃態,以制備堅韌的"玻璃態水凝膠"。該策略的關鍵點在于將適量的剛性疏水聚合物整合進入水凝膠的親水網絡中,并且使水凝膠具有略高于服役溫度的熱軟化溫度。其中,疏水剛性高分子維持材料的玻璃態,而親水網絡賦予凝膠一定的含水量和柔韌性。通過微觀結構分析,材料表現出雙連續相分離網絡。基于此策略,一系列玻璃態水凝膠應用而生,均表現出極高的模量和拉伸強度。通過系統的機理探討,作者證明了疏水高分子的剛性是維持材料優異力學性能的關鍵。基于其熱軟化特性,此類玻璃態水凝膠還表現出大幅可調控的機械性質,為滿足實際應用的需求提供了有利條件。
圖1.玻璃態水凝膠的設計策略和機械性能
圖2.水凝膠的溫敏機械性能
相關工作以“A Universal Strategy for Preparing Tough and Smart Glassy Hydrogels”為題發表于近期的《Chemical Engineering Journal》雜志。中山大學碩士研究生林新星為第一作者,中山大學化工學院郭輝副教授和澳門科技大學王曉琳助理教授為文章通訊作者。共同作者還有中山大學歐陽鋼鋒教授等。
全文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723000116
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(責任編輯:xu)
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