曲阜师大陈威/李楠、齐鲁工大吉兴香/于得海 IJBM：基于席夫碱键和金属配位交联作用的超快自修复、自黏附、抗冻壳聚糖基共熔凝胶

2024-01-26 来源：高分子科技

离子导体作为可穿戴和柔性电子材料在人机交互、运动检测和人工智能等方面具有广阔的应用前景。目前，大多数离子导体是由石油基聚合物制备得到，具有不可降解性或低生物降解性，这不可避免地导致了资源枯竭和废物积累。迄今为止，研究人员已经开发了一系列具有各种理想性能的天然聚合物离子导体，包括高导电性、耐低温性、出色的自修复性和黏附性，但将上述性能集中于一种离子导体中仍然是一个挑战。因此，以可再生、环保和可持续的生物质基聚合物为基础，制备具有全方位多功能特性的离子导体具有很高的价值。

针对上述问题，曲阜师范大学陈威副教授、李楠副教授和研究生李金灿联合齐鲁工业大学（山东省科学院）生物基材料与绿色造纸国家重点实验室吉兴香教授、于得海副教授在前期研究的基础上（Chem. Mater. 2023, 35(18), 7814–7824; ACS Appl. Polym. Mater. 2024, 6(1), 180–191; ACS Appl. Polym. Mater. 2023, 5(12), 9974–9986; ACS Appl. Polym. Mater. 2022, 4(8), 5717?5727; Cellulose, 2020, 27(2), 853–865; J. Mater. Chem. C, 2020, 8(3), 900?908），基于1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物/尿素（AmimCl/urea）共熔离子液体设计制备了一系列共熔凝胶。通过铁离子（Fe³⁺）、原儿茶醛（PA）和壳聚糖（CS）之间的双动态键交联，制备出了CS-PA@Fe共熔凝胶。由于AmimCl/urea共熔离子液体以及双动态键交联网络的存在，所得到的CS-PA@Fe共熔凝胶表现出优异的离子导电性、超强的抗冻性能、出色的可注射性、良好的黏附性和自修复能力。

本研究中AmimCl/urea共熔离子液体能够提供大量的阴阳离子，使CS-PA@Fe共熔凝胶具有良好的导电性，电导率最高可达1.7×10^-1 mS/cm。此外，将尿素与AmimCl离子液体混合后，大大抑制了AmimCl/urea共熔离子液体的熔点，从而使CS-PA@Fe共熔凝胶具有良好的抗冻性（在-20℃下仍保持稳定的柔韧性和离子导电性）。儿茶酚-Fe³⁺配位键和席夫碱键的双动态键交联网络不仅改善了共熔凝胶的力学性能，而且使CS-PA@Fe共熔凝胶具有良好的可注射性、黏附性和自修复能力。由于采用“一锅法”制备过程简单以及具备优异的综合性能，本研究将为下一代多功能可穿戴电子产品的设计和开发提供新思路。

图1 CS-PA@Fe共熔凝胶的制备过程

图2 CS-PA@Fe共熔凝胶的表征及流变学性质

图3 CS-PA@Fe共熔凝胶的可注射性能及自修复性能

图4 CS-PA@Fe共熔凝胶的黏附性能

图5 CS-PA@Fe共熔凝胶的导电性能

图6 CS-PA@Fe共熔凝胶的抗冻性能

本研究以“Schiff Base and Coordinate Bonds Cross-Linked Chitosan-Based Eutectogels with Ultrafast Self?Healing, Self?Adhesive, and Anti?Freezing Capabilities for Motion Detection”为题发表在International Journal of Biological Macromolecules上。该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、齐鲁工业大学（山东省科学院）生物基材料与绿色造纸国家重点实验室开放基金的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.128434

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（责任编辑：xu）

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