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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)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(jìn)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(dú)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(xué)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(xué)性能的提升策略，展現(xiàn)出其作為承重材料應(yīng)用于人造支撐組織、軟體機(jī)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(xué)性能，如兼具高模量與高韌性。盡管當(dāng)前已發(fā)展了多種力學(xué)性能增強(qiáng)策略，包括雙網(wǎng)絡(luò)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(shí)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(qiáng)韌性仍是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。 在國家自然科學(xué)基金委和中國科學(xué)院的支持下，化學(xué)所高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)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(jì)的力學(xué)性能增強(qiáng)策略，通過同時(shí)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(jī)制，實(shí)現(xiàn)了高模量與強(qiáng)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(yīng)變下抵抗形變保持完整，又能隨著應(yīng)變增加而逐漸熔融以耗散能量，從而實(shí)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(qiáng)，調(diào)和二者之間的固有制約關(guān)系，超越了此前報(bào)道的眾多高性能水凝膠及彈性體材料。上述設(shè)計(jì)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(jì)的增強(qiáng)策略及PVA sal-exogels的力學(xué)性能 高分子物理與化學(xué)實(shí)驗(yàn)室 2023年2月22日 |
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