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天津工业大学张拥军/张岩团队 CEJ:仿蛛丝强黏韧共晶凝胶纤维
2025-02-27  来源:高分子科技

  导电水凝胶纤维作为可穿戴电子器件的理想材料,因机械强度不足、环境稳定性差及界面黏附弱等瓶颈限制了其实际应用。尤其前体溶液可纺性差导致连续化生产困难,现有纺丝技术(如微流体纺丝)虽能改善机械性能,却难以兼容水凝胶增韧策略,且环境耐受性提升有限。蜘蛛丝因其卓越的黏附性和强大的韧性而广为人知,它能够迅速捕捉昆虫,且其韧性甚至超过钢铁。尽管在生物仿生领域科学家已进行大量研究,试图复制这种黏附性能,但兼顾天然蜘蛛丝的黏附性和韧性目标依然遥不可及。


  天津工业大学张拥军教授/张岩副教授团队开发了新型深共晶凝胶纤维体系,通过引入三元深共晶溶剂([ChCl][Urea][Glucose])以及α-螺旋多肽结构,结合光聚合方法实现了共晶凝胶纤维的连续纺丝,并且表现出一系列优异性能,包括:


  (1)纤维尺寸均一且具备长期环境稳定性。PAAm/PC eutectogel fiber直径变异系数仅为~2%。此外,纤维在90天的日常环境储存中未出现质量损失或形态变化。



  (2)高力学性能。引入具有α-螺旋结构的多肽交联剂后,共晶凝胶纤维断裂伸长率和断裂强度分别达到1420%720 kPa。此外,多肽增强的共晶凝胶纤维还展示出出色的回弹性(500%应变时可恢复>95%)和较强的抗裂纹扩展能力,纤维断裂能达到58.3 MJ m-3,较传统水凝胶纤维(3.5 MJ m-3)提升近17倍,打结效率高达97%



  (3)高黏附性。通过搭接-剪切测试,纤维的黏附强度达到0.85 MPa,接触剥离角度测试其剥离角度为40°,高于天然蜘蛛丝的30°



  (4)基于优异的机械稳定性与长期环境耐受性,可制备出高精度柔性凝胶纤维传感器,可长期连续监测人体运动、温度及肌电信号。



  这一工作已于近日在Chemical Engineering Journal线发表。第一作者为张倩博士及张岩副教授,通讯作者为张拥军教授、关英教授、张岩副教授及王亚斐博士。


  原文链接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160437

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