中山大学郭辉团队 CEJ:开发玻璃态水凝胶的高效普适制备策略
2023-01-05 来源:高分子科技
水凝胶是一类富含水分的类固态软物质,近年来在生物医用、柔性传感等领域备受关注。然而,水凝胶软而弱的机械性质一直是制约水凝胶应用的藩篱。尽管近十余年来双网络水凝胶、物理相互作用水凝胶等全新系统的问世一定程度上改善此现状,但水凝胶材料的机械性质依然与其他类型的工程材料相去甚远。究其原因,水凝胶中大量存在的水分充当了材料的增塑剂,使之维持在低刚性的橡胶态。与之相反,大部分塑料通常在服役条件下处于玻璃态,因此具有高达GPa的弹性模量。
受到热塑性塑料的启发,中山大学郭辉副教授团队提出了一种简单、有效和通用的策略,即通过精巧的单体选择和结构控制,维持水凝胶网络处于玻璃态,以制备坚韧的"玻璃态水凝胶"。该策略的关键点在于将适量的刚性疏水聚合物整合进入水凝胶的亲水网络中,并且使水凝胶具有略高于服役温度的热软化温度。其中,疏水刚性高分子维持材料的玻璃态,而亲水网络赋予凝胶一定的含水量和柔韧性。通过微观结构分析,材料表现出双连续相分离网络。基于此策略,一系列玻璃态水凝胶应用而生,均表现出极高的模量和拉伸强度。通过系统的机理探讨,作者证明了疏水高分子的刚性是维持材料优异力学性能的关键。基于其热软化特性,此类玻璃态水凝胶还表现出大幅可调控的机械性质,为满足实际应用的需求提供了有利条件。
图1.玻璃态水凝胶的设计策略和机械性能
图2.水凝胶的温敏机械性能
相关工作以“A Universal Strategy for Preparing Tough and Smart Glassy Hydrogels”为题发表于近期的《Chemical Engineering Journal》杂志。中山大学硕士研究生林新星为第一作者,中山大学化工学院郭辉副教授和澳门科技大学王晓琳助理教授为文章通讯作者。共同作者还有中山大学欧阳钢锋教授等。
全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723000116
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