黃渤海實驗室呂陽、姬忠瑩 Mater. Horiz.：基于堿誘導分子聚集策略快速制備復雜管狀水凝膠結構
2024-11-08 來源：高分子科技
通過簡單、通用的方法快速構筑具有任意結構復雜性和可控直徑的管狀水凝膠結構長期以來面臨著巨大的挑戰。近期，煙臺先進材料與綠色制造山東省實驗室（簡稱黃渤海實驗室）精密制造材料與技術團隊受蜘蛛絲變性能力的啟發，提出了一種通過高濃度堿誘導聚乙烯醇/離子液體（PVA/ILs）溶液絡合而實現快速凝膠化的新策略，即堿誘導分子聚集（AMA）以應對挑戰。該策略能快速制造出直徑可調、厚度可控、拉伸強度高達1.1MPa、斷裂伸長率超過600%的管狀水凝膠結構。如圖1所示，與蜘蛛絲的流動誘導結晶實現快速液-固轉變類似，通過堿誘導PVA分子鏈羥基的去質子化并與離子液體中陽離子的絡合而實現快速凝膠化。分子動力學模擬表明，體系中的相變發生在0.5 ns以內。更為重要的是，兩種溶液的擴散具有方向性，即總是從堿擴散向PVA/ILs中，這種特殊的具有方向性的擴散使其能較易的通過擠出式3D打印制造腔體結構，為簡單快速制造管狀水凝膠結構提供了巨大的潛力。
圖1. 受蜘蛛絲的快速固化過程啟發，制備管狀水凝膠結構的示意圖及分子動力學模擬
圖2展示了PVA/ILs液體的流變學行為以及基于AMA策略的快速凝膠化能力。當高濃度堿從打印針頭注射到PVA/ILs中后，由于特定的擴散方向使其在針尖劃過的原始位置留下空腔，這種獨特的制備管狀水凝膠的方法是其他報道中不曾具備的。通過控制相關參數可以得到直徑在200-3000μm之間的管狀水凝膠，且具有制備復雜中空結構模型的能力。
圖2. PVA/ILs溶液的流變學性能及在介質中穩定直書寫和制備中空水凝膠結構。
原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/mh/d4mh01291g
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（責任編輯：xu）
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