国产精品igao视频网网址不卡日韩,亚洲综合在线电影,亚洲婷婷丁香,黄色在线网站噜噜噜

  近年來，具有可變機械性能的響應性聚合物材料因其在軟機器人、人造肌肉、智能電子等領域中的應用潛力而得到快速發展。在已有的報道中，響應性聚合物材料可以利用各種刺激來實現可切換的模量變化，而水作為綠色可利用的環境資源，具有儲量廣泛、無能源成本以及條件溫和等特點，在作為刺激源方面具有顯著優勢。然而，傳統的聚合物材料通常會由于水的塑化作用而表現出水致變軟的現象，極大地限制了其在高濕度或水系環境中的使用。因此，開發具有遇水變硬的聚合物材料將有利于拓展水響應性聚合物材料的選擇和應用，但同時也極具挑戰性。

  香港中文大學（深圳）理工學院朱世平和張祺團隊報道了一種前所未有的聚合物凝膠材料，該材料在相分離的基礎上表現出顯著且可逆的水致硬化現象，這完全不同于因為水的增塑作用而導致軟化的傳統聚合物材料。這種材料在遇水后的楊氏模量表現出很大的變化（最高達10⁴倍），遠大于玻璃化轉變引起的變化，與結晶-熔化過程相當。此外，在可逆的軟-硬轉變過程中，其體積幾乎保持不變。作者系統研究了組分對模量變化的影響，表征了水致硬化過程中的相分離機制，提出并驗證了水致硬化的通用方法，最后將這種材料應用于濕度誘導的形狀記憶。這項工作為開發水致硬化材料提供了一種有效的方法，并將為水響應聚合物材料的潛在應用鋪平道路。該研究以 “Dramatic and Reversible Water-Induced Stiffening Driven by Phase Separation within Polymer Gels”為題發表在《Advanced Functional Materials》上。

  水驅動的相分離是開發水致硬化聚合物材料的關鍵。該材料通過將離子液體和鋰鹽引入聚甲基丙烯酸芐基酯 (PBzMA) 網絡中制備而成。實驗發現同為疏水性的PBzMA與離子液體并不直接相容，聚合后直接分相，當引入吸濕性的鋰鹽后則能形成均相凝膠。因此，聚合物-聚合物相互作用能在遇水和失水時被激活和失效，從而導致相分離和軟-硬轉變（圖1）。

圖1.聚合物凝膠水致硬化的分子設計示意圖。

  PBzMA凝膠在干態下透明且柔軟，遇水后，其濕態下的透光率有顯著變化，并呈現出軟硬轉變的特征，能夠提起重物。此外，在軟-硬轉變過程中，其體積幾乎保持不變，這在實際應用中是非常理想的。隨著相對濕度在10%和90%之間反復變化，聚合物的儲能模量和損耗模量均表現出優異的循環性能，表明該凝膠的軟-硬轉變是完全可逆的（圖2）。

圖2. PBzMA凝膠遇水前后的軟-硬可逆轉變。

  不同濕度下的應力應變曲線直觀的反映了凝膠材料力學性能的變化，在75 RH%的臨界相對濕度下，PBzMA凝膠的楊氏模量發生突變。當改變凝膠組分后，該材料干濕態下的模量變化表現出不同的響應。離子液體含量越高，模量變化越大;而鋰鹽含量的增加只引起了輕微下降。同時，作者發現模量變化最高可達10⁴倍，遠大于玻璃化轉變引起的變化（~10²倍），與結晶-熔化過程相當（>10⁴倍）（圖3）。

圖3. 不同因素對PBzMA凝膠模量變化的影響。

  聚合物凝膠是吸收了液體分子的三維交聯高分子網絡，其機械性能主要受化學結構、聚合物含量、分子間/內相互作用等的控制。為了確認水致硬化聚合物的設計策略并更好地理解其內在機制，作者表征了凝膠的結晶形態變化和玻璃化轉變。盡管聚合物含量在相變前后基本保持一致，相分離使得PBzMA凝膠分成兩相：濃相和稀相。其中濃相是包含有高密度的由PBzMA鏈聚集和纏結構成的結構致密相，從而導致凝膠中強烈的聚合物間/聚合物內相互作用及其宏觀機械性能的增加（圖4）。

圖4. 水致硬化的表征、微觀結構分析和通用方法。

  以強相分離為可逆相、三維網絡為固定相，該水致硬化凝膠表現出濕度誘導的形狀記憶效應，擁有優異的形狀固定率和形狀回復率，且在多次形狀記憶循環期間具有良好的可逆性和抗疲勞性。因此，所設計的聚合物凝膠被證明是形狀記憶材料，具有潛在的應用價值（圖5）。

圖5. 水致硬化聚合物凝膠的應用。

  文章第一作者為香港中文大學（深圳）理工學院助理研究員明小慶博士，共同作者為博士生姚樂和朱賀助理教授，通訊作者為香港中文大學（深圳）理工學院朱世平教授和張祺助理教授。

  全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202109850