我校化学工程学院谭帅副教授揭示水凝胶结构调控与机械性能强化的新机制

发布时间: 2024-06-24 10:37:52 浏览次数 : 329 来源:四川大学

近日，我校化学工程学院谭帅副教授团队在Angewandte Chemie International Edition在线发表了题为“Strong Acid Enabled Comprehensive Training of Poly (Sodium Acrylate) Hydrogel Networks”的论文，揭示了强酸耦合机械训练实现聚丙烯酸钠水凝胶综合性能强化的新策略与新机制。

水凝胶是具有高含水量的聚合物网络，其因出色的组合特性被广泛应用于可穿戴离子/电子设备、软机器人、组织工程、药物输送、光纤和3D打印材料等。水凝胶的寿命和耐用性取决于其在可变机械载荷下的抗断裂能力。然而，由纯化学或物理交联网络产生的传统水凝胶在可变机械载荷下容易断裂。因此，具有强大机械强度、优异变形性、抗溶胀性能和自愈性能的水凝胶网络是理想选择，它们能够在应用过程中有效耗散能量并保持结构完整性。

本研究通过将丙烯酸钠水凝胶网格浸入4M浓硫酸，在丙烯酸钠聚合物网络表面构建致密的氢键，实现凝胶力学性能的强化，同时赋予凝胶网格抗溶胀性能和自修复性能。在此基础上，进一步通过循环载荷实现丙烯酸钠强酸水凝胶的力学性能强化。经过循环机械拉伸/释放训练后，含酸水凝胶由外到内逐步实现了聚丙烯酸钠网络到聚丙烯酸网络的转变。强酸辅助机械训练进一步改善水凝胶机械性能，经过完全训练的水凝胶，其杨氏模量、断裂应力和断裂韧性较初始的聚丙烯酸钠水凝胶分别提高了187.6倍、35.6倍和5.4倍。此外，水凝胶的酸辅助训练策略可以通过NaOH中和可逆地回收，并且该方法在聚丙烯酸钠水凝胶网络中具有普适性。

综上，该研究为聚丙烯酸钠水凝胶的改性提升提供了一种新的思路和方法，加深了对水凝胶拓扑结构的理解，为水凝胶在柔性电子器件、软体机器人、组织工程等领域的应用提供了新的方法。本研究项目得到了国家自然科学基金，四川省自然科学基金和四川大学青年科级领军人才培育项目的支持。四川大学化学工程学院为唯一通讯单位，研究生杨柏斌为论文第一作者。谭帅副教授为论文的通讯作者。

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