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南开关英/天工大张拥军教授《Nat. Commun.》:优异综合性能凝胶

南开关英/天工大张拥军教授《Nat. Commun.》:优异综合性能凝胶 高分子科技
2022-11-06
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导读:多肽交联的深共晶凝胶表现出一系列优异性能:高韧性和延展性、高可回复性、裂纹不…
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合成高分子水凝胶机械性能差的问题严重阻碍了其应用,为此人们提出了很多改进策略,设计制备了许多高强度水凝胶。这些凝胶的某些指标甚至已大大超过了生物凝胶。但这些凝胶在某些性能得到改进的同时,另一性能往往差强人意。例如双网络水凝胶具有良好的韧性和延展性,但可回复性(resilience)往往较差。此外水凝胶还存在失水和低温结冰的问题。设计合成同时具备高韧性、高延展性、高回弹性、高粘性、抗冻、抗干等性能的综合性能优异的凝胶材料仍是一个巨大挑战。

最近,南开大学关英、天津工业大学张拥军等设计制备了多肽交联的深共晶凝胶。由于引入α-螺旋多肽结构,并用深共晶溶剂取代水为溶剂,因此表现出一系列优异性能,包括:

1)高韧性和高延展性。以A0.4PC221%[ChCl][EG]凝胶为例,其韧性(toughness)达10.6MJm3 ,比BIS交联凝胶增加45倍。断裂伸长率达1860%,比BIS交联凝胶增加6倍。

 
2)高可回复性(resilience)。由于其其独特的能量耗散机制,与普通增强机制不同,多肽增强凝胶在提高韧性的同时仍能保持高可回复性,其Resilience高达99.1% 100% strain)。
 


3)高粘性。粘附强度达112.4 kPa。可以很好粘附金属、玻璃、陶瓷、皮肤等多种材料。
 


4)裂纹不敏感。在2.5mm长切口存在条件下断裂伸长率仍达730%。断裂韧性(fracture toughness)高达13,600 Jm2, 是单网络凝胶最高值。
 


5)优异抗冻性能,在-27oC下仍保持柔性。
 


6)优异抗干性能。在环境条件下储存30天质量损失仅为1.4%,其外观和性能几乎不变。
 


由于凝胶的高回复性和高环境稳定性,该凝胶在进行耗时长达137小时(5.7天)、连续1万次加载-卸载循环拉伸测试中信号高度稳定:
 


因此用于应变/压力传感信号长期保持高度稳定,并能在-20oC - 80oC的宽温度范围内稳定工作,是高度可靠的应变/压力传感器:
 


这一工作已于近日在Nature Communications在线发表。第一作者为张岩博士,通讯作者为关英副教授和张拥军教授。


原文链接:

https://www.nature.com/articles/s41467-022-34522-z


点击下方“阅读原文”或点击https://rdcu.be/cY0UT可下载原文。


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