南開大學關(guān)英/天工大張擁軍《Adv. Mater.》：低固含量、優(yōu)異機械性能水凝膠
2023-02-27 來源：高分子科技
普通高分子水凝膠往往存在機械性能差的問題。網(wǎng)絡(luò)的不均勻性以及缺乏能量耗散機制被認為是主要原因。據(jù)此人們提出了多種策略，成功地設(shè)計制備了多種高強度水凝膠。然而這些水凝膠往往只在原始狀態(tài)下才顯示良好的機械性能。一旦在水中溶脹，隨著含水量的提高，凝膠的機械性能往往大幅降低。實際上，水凝膠的高含水量，或低固含量，是導致其機械性能弱最重要的原因。低固含量意味著抵抗外力的高分子鏈更少，稀疏的高分子鏈也使得其相互作用更弱，更難以實現(xiàn)能量耗散。因此設(shè)計制備低固含量但仍具優(yōu)異機械性能的水凝膠是一項艱巨挑戰(zhàn)。
和用普通交聯(lián)劑BIS交聯(lián)的高度纏結(jié)水凝膠相比，多肽交聯(lián)的高度纏結(jié)水凝膠的溶脹度更大。溶脹后固含量僅5.8%。因此具有堪比角膜的高透明度：
然而由于其特殊的交聯(lián)結(jié)構(gòu)（物理纏結(jié)交聯(lián)）并引入了特殊的能量耗散機制，該水凝膠仍具有良好的機械性能。如圖所示，該水凝膠斷裂伸長率達440%，抗張強度達220 KPa，同時可回復性達99%：
該凝膠的斷裂韌性高達2100 J/m2，抗疲勞強度達720 J/m2，且對裂紋高度不敏感。帶4mm切口的試樣仍能拉伸到400%而不斷裂：
同時該凝膠還表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦性能。和BIS交聯(lián)的凝膠相比，其摩擦系數(shù)進一步降至0.0059，而耐磨性則進一步提高：
這一工作已于近日在Advanced Materials在線發(fā)表。第一作者為碩士生劉芃余，通訊作者為關(guān)英副教授和張擁軍教授。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210021
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