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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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[交流]
邱東課題組在構(gòu)筑超硬超韌水凝膠材料方面取得新進展
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作為與生物組織最接近的合成材料，水凝膠具有獨特的軟濕性和優(yōu)異的生物相容性。然而，傳統(tǒng)水凝膠的力學性能較弱，僅限于隱形眼鏡、傷口敷料、藥物遞送載體等非承重用途。近年來，研究人員著重發(fā)展了水凝膠力學性能的提升策略，展現(xiàn)出其作為承重材料應用于人造支撐組織、軟體機器人、制動器等領(lǐng)域的前景。作為承重材料通常需要水凝膠具備優(yōu)異的綜合力學性能，如兼具高模量與高韌性。盡管當前已發(fā)展了多種力學性能增強策略，包括雙網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和雙交聯(lián)模式等，但水凝膠的模量（E）與韌性（Γ）之間仍然存在權(quán)衡制約關(guān)系（Γ ~ E-1/2），兩者難以同時提高，還無法滿足承重材料的要求。因此，如何在水凝膠材料中融合高模量與強韌性仍是一個重大挑戰(zhàn)。 在國家自然科學基金委和中國科學院的支持下，化學所高分子物理與化學實驗室邱東研究員課題組提出了基于均勻動態(tài)交聯(lián)設(shè)計的力學性能增強策略，通過同時觸發(fā)并充分利用動態(tài)交聯(lián)域（如晶域）的抗形變和耗能機制，實現(xiàn)了高模量與強韌性的兼容。采用鹽析輔助溶劑置換的方法，他們構(gòu)筑了一類由均勻分布的高密度晶域交聯(lián)的聚乙烯醇水凝膠（PVA sal-exogels）。在受力過程中，均勻分布的高密度晶域既能在小應變下抵抗形變保持完整，又能隨著應變增加而逐漸熔融以耗散能量，從而實現(xiàn)了PVA sal-exogels模量（52.3 ± 2.7 MPa）和韌性（120.7 ± 11.7 kJ/m2）的協(xié)同增強，調(diào)和二者之間的固有制約關(guān)系，超越了此前報道的眾多高性能水凝膠及彈性體材料。上述設(shè)計原則及策略可適用于多種高分子和鹽離子的組合，為構(gòu)筑承重用高性能水凝膠提供了新方法。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于Advanced Materials期刊上（Adv. Mater. 2023, 2209913），通訊作者是邱東研究員，第一作者是徐禮桔助理研究員。 基于均勻動態(tài)交聯(lián)設(shè)計的增強策略及PVA sal-exogels的力學性能 高分子物理與化學實驗室 2023年2月22日 |
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