华南理工张安强教授团队 CEJ:基于相分离形成软硬异质结构和阳离子-π相互作用的机械强韧性防水离子凝胶实现水下粘附和传感
2024-08-29 来源:高分子科技
柔性离子导体在未来软离子电子学领域具有重要的应用前景。然而,创造具有机械稳健性,水下粘附性和水下运动监测能力的柔性导体仍然存在挑战。人体中存在各种软组织,如皮肤、肌腱和韧带,具有优异的机械强度、韧性和弹性,能够承受数十至数百兆帕的应力载荷(例如,人类皮肤的抗拉强度为1~32 MPa)。这些天然组织中(结缔组织)存在异质结构,如坚固的胶原纤维支架,低模量的弹性纤维和柔软的富水基质等。
图1 图文摘要
图2 防水离子凝胶QMBF的设计与合成方案
图3 QMBF的结构和形态分析
当QMBF凝胶受到外力拉伸时,相分离异质结构产生特征性的两相机械响应,刚性域为QMBF提供了机械坚固性,柔性域提供了弹性和可拉伸性(图4)。当与水接触时,水相中阳离子-π之间发生自驱动静电吸引以及疏水链段自聚集产生相分离,破坏了QMBF的表面水化层,实现水下自愈性和水环境中的长期稳定性(图5)。此外,有效的界面排水和网络内部阳离子-π、氢键和离子-偶极等超分子作用赋予基体的强大内聚力,实现了QMBF与各种底物之间出色的水下粘附性(图6)。
图4 QMBF的机械性能及光谱学测试
图5 QMBF-1/1的水下自愈性及水下稳定性
图6 QMBF-1/1在空气/水下的粘附表现及黏附机理。
图7 QMBF-1/1在空气中的传感性能
图8 QMBF-1/1在水中的传感性能
原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155046
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(责任编辑:xu)
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