浙江加州国际纳米研究院

东京大学Science:具有快速自增强功能的水凝胶

编辑:zcnikyk 时间:2021年06月09日 访问次数:696

      水凝胶是一种以水为溶剂的聚合物网络,由于其聚合物浓度低、网络结构不均匀,一般具有较低的机械强度。水凝胶的加固扩大了其在可穿戴传感器、驱动器和软机器人方面的应用。通常,牺牲键、纳米颗粒和晶体结构被纳入水凝胶中以消散能量,从而获得高韧性。在大变形下,这些结构的“减法”损伤会耗散能量,并增加破坏材料所需的表观功。利用可逆相互作用作为能量耗散机制,可以实现结构和机械恢复程度高的韧性凝胶。此外,通过牺牲损伤结构产生的机械自由基引发聚合反应,在重复载荷下获得了超过100%的机械恢复。然而,重建受损结构通常需要几分钟或几小时;能量消耗越大,重建所需的时间就越长。当坚韧的水凝胶经历多次加载-卸载周期而没有等待时间时,这会导致机械强度的下降。
      近日,在日本东京大学Kohzo Ito教授和Koichi Mayumi教授(共同通讯作者)团队等人带领下,提出了一种使用应变诱导结晶的水凝胶无损伤强化策略。对于聚乙二醇链高度取向并在大变形下相互暴露的滑环凝胶,结晶形成并随着伸长和收缩而熔化,从而导致几乎100%的快速恢复延伸能和每平方米6.6~22兆焦耳的优良韧性,这比聚乙二醇共价交联的均相凝胶的韧性大一个数量级。相关成果以题为“Tough hydrogels with rapid self-reinforcement”发表在了Science。

文献链接:

Tough hydrogels with rapid self-reinforcement(Science,2021,DOI:10.1126/science.aaz6694(来源:材料人)