南林陈楚楚课题组 CEJ：高强韧、自修复、可回收与环境稳定的木基低共熔凝胶绿色合成方法

2025-01-08 来源：高分子科技

低共熔凝胶作为新兴的软材料，在智能传感和柔性电子领域展现出巨大潜力。不同于容易失水，机械性能弱，环境稳定性差的水凝胶，低共熔凝胶的工作温度范围更广，具有环境稳定性。且低共熔溶剂（DES）作为一种新型绿色溶剂，与高成本和含有有毒成分的离子液体相比表现出较好的生物相容性，同时兼具离子导电性。然而，用绿色的合成方法制备兼具高力学强度以及多功能一体的低共熔凝胶仍是一项挑战。

近期，南京林业大学陈楚楚课题组提出了一种通过太阳光诱发聚合的绿色制备方法，在不使用任何化学引发剂和交联剂的情况下，开发出三种具有不同特性的木基低共熔凝胶；且表现出优异的力学性能（抗拉强度：52.8 MPa）和环境稳定性（在-80℃~200℃下化学稳定），超过了目前报道的大多数木基凝胶材料，并同时具备自修复、自粘附、可回收、隔热和导电等性能优势，有望应用于可穿戴传感、可回收材料和智能家居建筑等领域。

图1 木基低共熔凝胶的制备流程与应用示意图

力学性能

基于天然木材的各向异性结构，木基低共熔凝胶在沿纤维轴向（L方向）显现出更高的抗拉强度。其中，制备所得WAAM具有优异的抗拉强度，高达52.8 MPa，超过了大多数报道的木基凝胶，同时也表现出较高的韧性（9.38 MJ m^-3）。

图2 木基低共熔凝胶的力学性能

环境稳定性

环境不稳定性是凝胶材料在应用过程中面临的最大挑战之一。木基低共熔凝胶展示出了良好的环境稳定性（在-80℃~200℃下化学稳定），耐老化性能，并在不同温度下仍有具有稳定的离子传递和电化学稳定性。

图3 木基低共熔凝胶的环境稳定性

WAAM作为智能住宅建材

木基材料以其良好的承重性能和环境友好性，在家具和家居装饰中得到了广泛的应用。本研究开发的WAAM具有优异的机械性能、环境稳定性、隔热性能、阻燃性能和自愈功能，可用于智能家居领域。

图4 WAAM作为智能住宅建材

WAA的黏附性能

TA@WS和ChCl上羟基之间的氢键形成的动态网络使WAA具有黏附附性。WAA对不同底物（织物、纸张、橡胶和木材等）均展现出高黏附强度（0.42-1.42 MPa）。WAA的粘附性能和固有的导电性能使其成为柔性传感器检测人体运动的理想软基材料，确保稳定的离子电子传输和准确的传感性能。

图5 WAA的黏附性能

WAM的可回收性能

WAM具有良好的抗冲击性和承载能力，且可回收并转化成PAM水凝胶和纤维素纸张。与普通合成材料在循环利用中不断劣化不同，回收得到的纤维素再生纸在重复利用过程中力学性能不断提高。

图6 WAM的可回收性能

该工作以题为“Green synthesis of multifunctional wood-based eutectogels via initiator-free solar polymerization”的论文发表在期刊《Chemical Engineering Journal》。论文通讯作者为南京林业大学材料科学与工程学院陈楚楚副教授，该研究受到国家自然科学基金等项目的资助。

原文链接：

M. You, J. Zhou, Y. Zao, J. Xu, Y. Jin, D. Li, Z. Xu, C. Chen, Green synthesis of multifunctional wood-based eutectogels via initiator-free solar polymerization, Chem. Eng. J., 504 (2025) 158902.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158902

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（责任编辑：xu）

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