華南理工張安強教授團隊 CEJ：基于相分離形成軟硬異質結構和陽離子-π相互作用的機械強韌性防水離子凝膠實現水下粘附和傳感
2024-08-29 來源：高分子科技
柔性離子導體在未來軟離子電子學領域具有重要的應用前景。然而，創造具有機械穩健性，水下粘附性和水下運動監測能力的柔性導體仍然存在挑戰。人體中存在各種軟組織，如皮膚、肌腱和韌帶，具有優異的機械強度、韌性和彈性，能夠承受數十至數百兆帕的應力載荷(例如，人類皮膚的抗拉強度為1～32 MPa)。這些天然組織中（結締組織）存在異質結構，如堅固的膠原纖維支架，低模量的彈性纖維和柔軟的富水基質等。
圖1 圖文摘要
圖2 防水離子凝膠QMBF的設計與合成方案
圖3 QMBF的結構和形態分析
當QMBF凝膠受到外力拉伸時，相分離異質結構產生特征性的兩相機械響應，剛性域為QMBF提供了機械堅固性，柔性域提供了彈性和可拉伸性（圖4）。當與水接觸時，水相中陽離子-π之間發生自驅動靜電吸引以及疏水鏈段自聚集產生相分離，破壞了QMBF的表面水化層，實現水下自愈性和水環境中的長期穩定性（圖5）。此外，有效的界面排水和網絡內部陽離子-π、氫鍵和離子-偶極等超分子作用賦予基體的強大內聚力，實現了QMBF與各種底物之間出色的水下粘附性（圖6）。
圖4 QMBF的機械性能及光譜學測試
圖5 QMBF-1/1的水下自愈性及水下穩定性
圖6 QMBF-1/1在空氣/水下的粘附表現及黏附機理。
圖7 QMBF-1/1在空氣中的傳感性能
圖8 QMBF-1/1在水中的傳感性能
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155046
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（責任編輯：xu）
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