高強度水凝膠的案例
浙江大學鄭強、吳子良團隊Small: 基于羧酸-鋯配位鍵快速制備高強度水凝膠薄膜
引入氫鍵、離子鍵等非共價鍵作為能量耗散單元是制備高強度水凝膠的有效途徑。金屬配位鍵具有較高的鍵能，可用于制備力學性能優異的水凝膠材料。研究表明，在水凝膠中形成羧酸-Fe3+配位鍵作為網絡的物理交聯點，可有效提高水凝膠的力學性能。但是，由于Fe3+離子對自由基聚合的阻聚效果，含羧酸基團的水凝膠需要通過溶液浸泡以形成配位鍵來完成力學增韌，由此導致延擴散方向存在一定的梯度結構。聚合過程原位形成配位鍵講簡化凝膠制備過程并改善其力學性能，其關鍵是拓展新的金屬配位體系，使其具有較高的鍵能且與聚合過程兼容。
浙江大學鄭強、吳子良團隊發現鋯離子（Zr4+）可以與磺酸根形成穩定的配位鍵，大幅提升含磺酸根的聚電解質水凝膠的力學性能（Adv. Mater. 2020, 32, 2005171）。在此基礎上，該團隊通過在Zr4+離子存在的條件下引發丙烯酸前驅液聚合，得到透明度高、力學性能好的物理水凝膠薄膜，其中COO–-Zr4+配位鍵作為物理交聯點。得到的水凝膠薄膜含水量為45-95 wt%，楊氏模量為0.1-186 MPa，拉伸斷裂強度為0.4-11.9 MPa，斷裂應變為54-390%，，撕裂能為100-8900 J·m-2。通過光模板引導局部聚合，可快速制備圖案化水凝膠薄膜；通過形成剪紙結構，水凝膠薄膜具有更好的可拉伸性和對復雜曲面的包覆能力。研究表明，通過形成COO–-Zr4+金屬配位鍵制備高強度水凝膠的方法適用于其他含有羧酸單元的凝膠體系，有利于拓展凝膠材料在生物、工程等領域的應用。
展開 高強韌響應型水凝膠及其在智能器件領域的應用
其中，高分子水凝膠因其含大量水和出色的生物相容性，作為仿生驅動材料得到了特別的青睞。
傳統的水凝膠由于存在網絡結構不均勻、缺乏能量耗散機制等問題，導致機械性能差，從而制約了其實際應用。2000年以來，人們研究開發了大量高強度韌性水凝膠，包括雙網絡水凝膠、滑環水凝膠、納米復合水凝膠、納米顆粒增強水凝膠、膠束交聯水凝膠等。合成關鍵在于利用斷裂“犧牲鍵”來有效耗散能量，進而增強水凝膠機械性能。氫鍵、超分子識別、絡合作用、靜電作用、疏水締合等多種非共價作用均都已被用于制備高強度水凝膠。這種可逆非共價鍵不僅賦予水凝膠可恢復性和自修復特性，更有利于水凝膠的應用。
響應性水凝膠在不同環境條件刺激下，如溫度、pH、光照、磁場、電場、氧化還原、生物分子等，會發生體積或形狀變化。對水凝膠網絡結構進行靈活的化學設計或修飾，可制備多種多重響應型水凝膠。如何將響應性與增強增韌機制結合來制備高強韌響應性水凝膠，使其具備承受反復載荷作用，是水凝膠走向實際應用的關鍵環節。當將不同性質的水凝膠集成到單一器件上，或在水凝膠中構筑精確可控的性質分布，在外場的作用下，器件可發生程序化的形變或者運動。在高強韌響應型水凝膠的重要應用領域中，基于水凝膠的柔性智能器件及其驅動行為研究也是當前的研究熱點。
本專輯總結了近年來在高強韌水凝膠方面的代表性進展，增強增韌機制以及它們在智能器件領域的應用研究。
陳強等系統地論述了基于可逆非共價交聯的雙網絡水凝膠研究進展。其中，非共價作用不僅能賦予水凝膠出色的機械性能，還在水凝膠刺激響應形變方面發揮了關鍵作用。吳子良等利用聚丙烯酸與聚（氮-異丙基丙烯酰胺）之間的氫鍵，制備了高強度韌性的雙網絡水凝膠。通過調節氫鍵作用，實現了形狀記憶。
展開 “煮雞蛋”啟發的高強度天然球蛋白水凝膠及其黏附性能
天然蛋白質水凝膠具有優異的生物相容性/生物可降解性和低細胞毒性/免疫原性，在廣泛的領域內都有應用前景。但通常天然蛋白質水凝膠的機械性能差，而現有的增強策略和蛋白質基水凝膠體系仍具有一些不足。因此，開發基于天然蛋白質的多用途強韌水凝膠仍然具有很大挑戰性。
最近，河南理工大學陳強課題組和美國阿克倫大學鄭潔課題組受“煮雞蛋”過程中蛋白質變性和凝膠化的啟發，利用“蛋白質解折疊”和“雙網絡”的思路，以牛血清白蛋白（BSA）作為蛋白質模型，在80 ℃下使BSA變性解折疊并形成物理交聯的BSA第一網絡，同時引入化學或物理交聯的聚合物凝膠作為第二網絡，成功制備了高強高韌和優秀自恢復性的天然球蛋白/合成聚合物水凝膠。此外，原位聚合的該水凝膠還可以強韌的黏附在未經任何化學處理的固體表面上。此工作的設計策略開辟了一條開發蛋白質-聚合物雜化水凝膠的新途徑，并有可能用于人造軟組織，柔性電子器件和可穿戴設備等領域。研究成果以“General Principle for Fabricating Natural Globular Protein-Based Double-Network Hydrogels with Integrated Highly Mechanical Properties and Surface Adhesion on Solid Surfaces”為題發表在《Chemistry of Materials》上，第一作者為碩士研究生唐自清，文章DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03860。
本工作感謝國家自然科學基金（21504022）、聯合基金（U1304516）和河南省高校創新人才（17HASTIT006）等經費的支持。
來源：高分子科學前沿
展開 南開大學關英、張擁軍課題組：大分子交聯劑交聯的高強度、高回復性、抗凍、黏附水凝膠
導電水凝膠是一種典型的軟物質，具有良好的生物相容性，可對外界機械力做出響應，并將其轉化為電信號。作為柔性可穿戴應變傳感器，近年來科學家們設計了許多新型導電水凝膠。導電水凝膠用作可穿戴傳感器的首要要求是較好的機械強度。然而，傳統的合成水凝膠力學性能較差。為了改善其力學性能人們提出了許多策略，包括四臂聚乙二醇凝膠，納米復合凝膠，雙網絡凝膠，拓撲凝膠，雙交聯凝膠等。一個可靠和穩定的應變傳感器還需要凝膠具有非常好的回彈性，保證持續的應變能夠有效回復。傳統的水凝膠通常是非粘性的，用作可穿戴傳感器時需要借助膠帶、繃帶或粘合劑將其固定在人體皮膚上，操作復雜，且由于凝膠不能與皮膚形成密切接觸，微弱的信號很難被檢測到。此外，在0℃以下，傳統凝膠中的水會結冰，使得凝膠變硬發脆，喪失柔性。文獻中已有很多分別具有高強度、高回復性、抗凍或黏附性的水凝膠的報道，但設計合成同時具備高強度、高回復性、抗凍和黏附性的水凝膠仍具有挑戰性。
最近南開大學關英、張擁軍教授課題組報道了一種簡單的利用多功能大分子交聯劑(MC)使水凝膠同時具備高韌性、高回復性、抗凍和黏附性方法。這種基于聚羥乙基-谷氨酰胺的多功能大分子交聯劑的結構如圖1所示。
圖1. 交聯劑MC以及水凝膠的合成制備
與傳統的短鏈交聯劑BIS不同，MC是一種長鏈交聯劑。使用這種長鏈交聯劑可以增大水凝膠的網孔尺寸，降低凝膠網絡的不均一性，從而改善其力學性能。研究表明MC交聯的水凝膠具有優異的力學性能和回彈性。最高斷裂強度達0.664MPa，最終回彈性達~ 87.2%。
圖2.
展開 
北京林業大學楊俊課題組在納米纖維素自愈合復合水凝膠方面取得系列進展
高強度水凝膠是一類具有三維交聯網絡的軟濕性材料，在柔性電子器件、生物組織替代、組織工程支架等領域有巨大的應用潛力。賦予水凝膠材料自愈合（自修復）能力可以自動修復損傷，恢復其結構和功能，從而提高凝膠材料使用的安全性、可靠性和耐久性，延長其使用壽命。然而，高強度水凝膠的聚合網絡需要強度較高且穩定的交聯，而實現水凝膠自愈合需要動態可逆的交聯，因此，高強度和自愈合從本質上來講是相互矛盾的。如何制備同時具有高機械強度和優異自愈性能的水凝膠材料是水凝膠研究中的一項重要挑戰。
為實現凝膠材料高強度和自愈合性能的集成，北京林業大學楊俊研究小組與北京化工大學萬鵬博研究小組合作設計了一種基于納米纖維素增強和配位鍵可逆修復的復合水凝膠材料。通過在納米纖維素表面均勻涂布單寧酸并進行自由基原位聚合和離子交聯，形成具有動態交聯結構特征的高強度凝膠材料。此外，該凝膠材料還具有優異的粘附性和應變響應的導電特性，可直接黏附到人體的皮膚上，用來檢測手指彎曲等大形變以及脈搏跳動等微弱的生理信號。成功地將組裝后凝膠傳感器應用于投籃訓練姿勢矯正，并可通過人體運動實時監測系統在智能手機客戶端對用戶健康狀況進行分析和診斷。這項工作為設計纖維素基的多功能水凝膠提供了新的思路，拓展了可穿戴柔性電子和醫療保健監測的實際應用。研究成果以“Mussel-Inspired Cellulose Nanocomposite Tough Hydrogels with Synergistic Self-Healing, Adhesive, and Strain-Sensitive Properties”為題在線發表在《Chemistry of Materials》(2018,30 (9), 3110–3121) 期刊上。
展開 中國海大劉晨光教授團隊開發出一種高強度，可拉伸，自愈合的滸苔多糖-聚丙烯酰胺復合水凝膠傷口敷料，實現海洋綠藻到生物材料的便捷轉化
水凝膠是一類含水量高，生物相容性良好以及有與人體大分子成分相似的結構的三維網狀結構，可降低疤痕形成的風險并促進上皮形成和細胞遷移。滸苔（Enteromorpha prolifera）是一種石莼屬海洋綠藻，滸苔多糖（PEP）是滸苔（E. prolifera）的主要活性成分，是一種硫酸化雜多糖。由于硫酸根的存在，PEP具有抗氧化等多種生物活性；PEP富含硫酸根和糖醛酸，其結構與哺乳動物組織中的糖胺聚糖多糖（例如硫酸皮膚素和硫酸軟骨素）相似；PEP來源廣泛，簡單，穩定，便宜，無毒，安全，親水，具有生物相容性和可生物降解性。然而，由于PEP聚合物鏈規則序列有序結構的不足難以提供足夠的“連接區”，使得PEP水凝膠機械性能和穩定性較差。因此，制備強度大、韌性好、可拉伸、可任意形變且穩定的PEP基水凝膠具有極大的挑戰性。
為了提高滸苔多糖基水凝膠的機械性能和穩定性，增加其功能性，劉晨光教授團隊使用簡單、快捷的一鍋法制備了以物理交聯的滸苔多糖（PEP）長鏈為第一網絡，以共價交聯的聚丙烯酰胺（PAM） 短鏈為第二網絡的雙網絡水凝膠（PEP-PAM）。該水凝膠具有超強的機械性能，其抗壓強度達到1.1 ± 0.1 MPa，斷裂延伸率達到507.2 ± 53.1%，彈性模量達到123.5 ± 23.4 kPa，可比擬天然皮膚或表皮的的彈性模量（88.0 kPa – 300.0 kPa）。此外，PEP-PAM水凝膠具有任意形變的能力，可打結、彎曲、扭曲、拉伸和壓縮，移除拉伸和壓縮力量后，水凝膠可恢復到原來的形狀。
流程圖. 雙網絡水凝膠（PEP-PAM）的制備及在全層皮膚傷口應用示意圖。
展開 陜西科技大學生物質與功能材料研究所：用于造紙表面施膠的明膠基超分子涂層
為了解決造紙行業對于新型環保表面施膠劑的需求以及皮革行業固體廢棄物的處理難題，本研究受到氫鍵基高強度水凝膠的啟發，摒棄了過程復雜、耗時長且環境友好性差的化學改性法，提出了一種利用氫鍵封閉親水基團制備明膠基表面施膠劑的策略，并究通過簡單的一步聚合和共混工藝，制備了一種適用于紙張表面施膠的明膠基乳液。該策略同時解決了明膠溶液在室溫下易形成凝膠及其成膜后耐水性差的問題。
明膠具有生物相容性、生物降解性、成本低、易加工、成膜性能優良等優點，是紙張施膠的理想材料。然而，明膠成膜較脆、耐水性差及其溶液易在室溫下凝膠的特點限制了其在工業上的應用。通常采用對明膠進行化學改性以增強其成膜韌性及疏水性，然而化學改性過程復雜、耗時長且需要添加大量疏水石油基高分子，環境友好性較差。受到氫鍵基高強度水凝膠的啟發，本研究提出利用氫鍵封閉明膠親水基團實現明膠疏水改性的思路，并采用一種簡便的一步聚合和共混工藝，利用皮革固體廢棄物中提取的明膠制備了一種適用于紙張表面施膠的明膠基乳液。該乳液具有較低的上臨界溶解溫度（UCST），成膜具有較高的明膠含量、韌性和耐水性。
首先，甲基丙烯酸（MAA）在明膠水溶液中聚合以形成明膠-PMAA乳液（G-PMAA）。明膠鏈上的-CO-NH-，NH2等親水極性基團與PMAA上的-COOH間產生氫鍵作用而被屏蔽，同時，PMAA上具有疏水的甲基側基，使得偶聯序列的疏水性增加。如圖1a所示，具有疏水序列的G-PMAA在聚合過程中自組裝成膠束并形成乳液。然后，與少量的聚丙烯酸丁酯（PBA）乳液共混增韌，獲得明膠基涂層乳液（圖1b）。
圖 1.
展開 寧波材料所陳濤研究員課題組：受豹紋變色龍皮膚啟發的智能多色熒光高分子水凝膠
智能多色熒光高分子水凝膠是一類發光顏色可調的高分子軟材料，其三維交聯網絡中包含大量水分子的獨特結構特點，使得其往往可兼具經典熒光高分子水溶液和固態本體材料兩者共同的性能優勢，在傳感檢測、信息防偽、仿生驅動、軟體機器人等領域擁有巨大應用前景，是先進發光高分子材料領域的重要發展方向之一。
近年來，中國科學院寧波材料技術與工程研究所智能高分子材料課題組陳濤研究員與路偉研究員一直致力于智能熒光高分子水凝膠的構建及其仿生驅動、傳感檢測等應用研究，先后發展了一系列具有智能可調熒光顏色/強度的高分子水凝膠新材料（Aggregate, 2021, 1, e37; Adv. Intell. Syst. 2021, 2000239; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 8608; Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 16243; ACS Macro Lett. 2019, 8, 937; Adv. Funct. Mater., 2019, 29, 1905514; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1704568; ACS Sensors, 2018, 3, 2394; ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 23884）。然而，與自然界中能夠呈現豐富多彩皮膚顏色變化的變色龍等生物相比，科研團隊制備的多色熒光高分子水凝膠在外界刺激下的發光顏色變化范圍仍較窄，尤其是仍難以利用單一水凝膠實現刺激響應的紅色、綠色和藍色熒光相互轉變。
展開 《AFM》封面：固體電解質應用的強和高含水量離子水凝膠
摘要
在文章編號
2100251 中，
印度拉吉夫甘地石油技術研究所
Umaprasana Ojha
教授
和同事利用
互穿聚合物系統 (SNIPSy) 策略的簡單補充網絡開發了強和超高含水量的水凝膠，作為固體電解質實施
，適用于柔性和可充電的水性鋅/鋰電池 適用于海底和其他極端條件，例如低溫、高壓和水下區域。
相關封面論文以題為
Supplementary Networking of Interpenetrating Polymer System (SNIPSy) Strategy to Develop Strong & High Water Content Ionic Hydrogels for Solid Electrolyte Applications
發表在《
先進功能材料
》上，同時收錄為封面。
封面圖
參考文獻
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doi.org/10.1002/adfm.202170190
往期回顧
1.東華丁彬/武大鄧紅兵《ACS Nano》蘆葦葉啟發的二氧化硅納米纖維氣凝膠，用于耐鹽太陽能海水淡化
2.北化李曉鋒/于中振《AFM》超靈敏壓力/彎曲傳感器雙向冷凍軟而彈性層狀石墨烯氣凝膠的合理設計
版權聲明：
「
高分子材料科學
」旨在分享學習交流高分子聚合物材料學等領域的研究進展。編輯水平有限
，
上述僅代表個人觀點。投稿，薦稿或合作請后臺聯系編輯。感謝各位關注！
展開 高孔隙率GelMA水凝膠（EFL-GM-PR系列）
圖2 EFL-GM-PR系列多孔GleMA水凝膠可控微觀孔道結構的激光共聚焦照片
02 細胞培養
EFL-GM-PR系列多孔水凝膠在細胞培養方面具有優異的性能，通過與GelMA無孔水凝膠對比可以明顯看出多孔GelMA水凝膠的優勢。兩種配方的多孔GelMA水凝膠其內部細胞增殖速率均高于GelMA無孔水凝膠，在培養第7天時出現了數倍的細胞數量差。（圖3）
圖3 EFL-GM-PR系列多孔GleMA水凝膠內部細胞增殖熒光照片及定量分析
在凝膠表面進行細胞培養時，多孔GelMA同樣具有優秀表現，貫通的孔道結構使接種在表面的細胞呈現向凝膠內部遷移的趨勢，第9天細胞遷移深度可達約540μm。（圖4）
圖4 EFL-GM-PR系列多孔GleMA水凝膠表面細胞培養熒光照片（紅色為熒光GelMA）
03 水凝膠培養過程穩定性
多孔結構水凝膠其比表面積遠大于普通無孔水凝膠，因此，多孔水凝膠在相同基體凝膠強度條件通常比無孔水凝膠降解更快。為了支持長時間的細胞培養，EFL團隊通過優化配方，在實現優異細胞增殖性能的同時賦予多孔水凝膠良好的穩定性。通過與普通GelMA無孔水凝膠對比，EFL-GM-PR系列多孔水凝膠在細胞增殖及凝膠穩定性方面均有更好的表現。（圖5）
圖5 EFL-GM-PR系列多孔GleMA水凝膠培養過程穩定性測試數碼照片及細胞熒光照片
文章來源：EngineeringForLife
展開 鎖志剛院士《Science》：高強、高韌、抗疲勞的水凝膠！
圖1 一種凝膠或彈性體，其中糾纏的數量遠遠超過交聯。
圖2 完全膨脹水凝膠的力學行為。
圖3 摩擦和磨損。
圖4 高度糾纏的彈性體。
高糾纏聚合物是理想的承重材料：它們解決了剛性-韌性的沖突，同時實現了高韌性和低遲滯。它們是強壯的，抗疲勞的，透明的。在膨脹時，摩擦系數低，耐磨性高。研究者采用兩種材料系統，說明了高糾纏聚合物的行為。采用類似的方法，研究者還合成并測試了聚丙烯酸水凝膠。高糾纏聚合物的潛在應用包括：耐膨脹凝膠、耐疲勞膠粘劑、低摩擦涂層和透明離子導體等。
展開 
吉林大學李洋課題組《Nano Energy》：高強度自修復離子凝膠用于制備高機械性和環境穩定性的納米摩擦發電機
盡管，已經有研究者報道利用水凝膠，有機凝膠用于制備柔性的自修復納米摩擦發電機，然而由于溶劑的揮發問題，這些器件相比于離子凝膠制備的納米摩擦發電機環境穩定性較差，因此利用超分子化學來制備具有穩定功能的離子凝膠對于柔性電子設備應用具有重要意義。特別是具有高強度、高抗壓性能的自修復離子凝膠，對于制造下一代柔性自修復納米摩擦電發電機具有很大的吸引力。
吉林大學化學學院超分子結構與材料國家重點實驗室李洋副教授課題組長期從事自修復離子凝膠功能化研究。致力于通過超分子作用力來合成兼具自修復性能、機械性能與電學性能的離子凝膠并應用于各類柔性電子器件。近年來，該課題組在自修復離子凝膠制備電子器件方面取得了一定進展，制備了具有高機械強度與高離子電導率的自修復離子凝膠傳感器(ACS Appl. Mater. Interfaces2020, 12, 57477?57485).基于在制備自修復功能材料與離子凝膠方面的寶貴經驗，近期該課題組設計并報道了一種高拉伸強度和優異抗壓縮性能自修復離子凝膠，并用于制備具有優異環境穩定性能的摩擦電納米發電機。作者首先利用丙烯酸(AA)與二水乙酸鋅和ZnO納米粒子(ZnO NPs)在1-乙基-3-甲基咪唑醋酸鹽([Emim][OAc])中的原位聚合，制備了PAA-Znx/ZnOm/ILn離子凝膠,其中x為二水乙醋酸鋅與AA的摩爾比，m為ZnO NPs與AA的質量比，n為[Emim][OAc]與AA和ZnO的質量比（圖1）。一方面聚合物網絡內羧基與Zn2+之間的可逆動態鍵賦予離子凝膠良好的室溫自修復性能;另一方面聚合物鏈與ZnO NPs之間的纏結作用大大提高了離子凝膠的機械強度。
展開 基于高導熱銅基復合水凝膠的電子器件熱管理新策略
熱管作為一種高效的氣液換熱裝置，因其可靠性高、熱性能優異，已廣泛應用于高功率密度電子元件的熱管理中。然而，在使用熱管冷卻時也存在一些問題。例如，熱管內外的腐蝕會影響傳熱性能。此外，污垢和結構布局的問題也對電子散熱產生重大影響。
水凝膠是一種新型的被動散熱材料 親水交聯聚合物鏈網絡。由于水凝膠中含有大量的親水基團，所以可以保持大約90%是水。水凝膠中的水由于其高潛熱(蒸發熱)被認為是熱管理的一個有前途的候選材料。然而，由于水凝膠的導熱性不佳，研究人員探究了許多方法來提高水凝膠的導熱性，因此如何提高水凝膠的熱導率是目前面臨的挑戰之一。
02
成果掠影
東南大學陳振乾教授團隊在高導熱水凝膠的制備與設計方面取得新進展。在這項工作中，該團隊采用了一種新的設計策略，將固液互穿聚合物網絡與銅納米顆粒結合起來，以提高熱管理性能。一方面，聚異丙基丙烯酰胺與海藻酸鹽組成的互穿聚合物網絡，使制備的水凝膠具有更好的結構穩定性，并且在多次循環后仍具有較強的吸濕性。另一方面，通過添加銅納米顆粒創建導熱通道優化導熱系數。導熱系數通過MD模擬計算，散熱性能通過紅外熱像儀和數值模擬研究。實驗結果表明，銅基復合水凝膠的實驗導熱系數提高到 0.71 W/(m·K)。同時，MD模擬結果表明，水凝膠的熱導率約為 0.84 W/(m·K)，這主要是由于水凝膠組分之間的重疊增加造成的。由于導熱系數的提高，在恒定熱源溫度65℃下，銅基復合水凝膠的熱通量增加到 977 W/m2，總散熱增加了104.4%。熱管理測試表明，銅基復合水凝膠的熱管理溫度可達 35℃-50℃。混合策略提高了互穿聚合物網絡與銅的協同性能，提高了材料的熱導率和機械強度，降低了銅納米顆粒的聚集，為熱管理提供了一種新的策略。
展開 兩次凝膠化策略制備構型可編輯的高強度氣凝膠
03
圖文導讀
圖1.兩次凝膠化策略制備可編輯的高強氣凝膠設計示意圖。
TC策略保證了所制備的ANF-PVA (AP)氣凝膠既具有高韌性，又具有構型編輯能力。所得特殊構型產物能夠突破氣凝膠的性能限制，大大拓展氣凝膠的應用領域。(圖1)
圖2. 兩次凝膠化過程及機理研究。
機理研究表明，在兩次凝膠化過程中發生了分步凝膠化的現象。在第一次凝膠化過程中，PVA凍融后形成低交聯密度彈性有機凝膠網絡，在第二次凝膠化過程中，ANF發生質子化，ANF-ANF、PVA-ANF、PVA-PVA之間形成多重分子間相互作用，進而形成牢固的高交聯密度水凝膠網絡。
圖3.AP有機凝膠、水凝膠和氣凝膠的力學性能比較。
隨著凝膠網絡從有機凝膠、水凝膠到氣凝膠的演化，力學性能顯著增強。例如，AP-23有機凝膠、AP-23水凝膠和AP-23氣凝膠的抗壓強度和拉伸強度依次增大，壓縮模量分別為0.014 MPa、1.5 MPa和30 MPa。拉伸模量分別為0.12 MPa、2.1MPa和87 MPa。結構分析表明有機凝膠、水凝膠、尤其是氣凝膠的強度增強主要是由于TC過程中交聯密度的增加和氣凝膠的骨架演化。
圖4. AP有機凝膠、水凝膠和氣凝膠的力學性能比較。
溶膠-凝膠過程和凝膠力學性能的有效調節為通過“軟變硬”調制機制進行構型編輯、構型鎖定和制造復雜構型的高強氣凝膠奠定了基礎。更具體地說，構型編輯基于有機凝膠的柔韌性，易于變形和恢復。構型鎖定依賴于從有機凝膠到水凝膠的力學增強。最后，通過溶劑交換和超臨界干燥，制備出具有復雜構型的高強度氣凝膠。通過結構設計和參數調控，具有復雜構型的氣凝膠能夠突破其力學性能極限。
展開 《AFM》可逆、高對比度、電致/電熒光/光致變色的水凝膠
圖5
1:2 (NPr)
2
TTz
4+
:Fc(CH
2
OH)
2
的光致變色光譜，100 mW cm
-2
照明 1–30 分鐘 a) 不施加電壓（TTz 凝膠裝置的插圖圖像，照明 15 和 25 分鐘）施加 0.8 V，c) 光致變色作用，然后通過設備的電致變色循環關閉。
總結
開發了水基水凝膠
CGD，顯示出高電致變色和 EFC 對比度/可逆性，同時還表現出光致變色活性。使用水溶性雙吡啶鎓 TTz 衍生物和 PVA/硼砂聚電解質水凝膠的簡單 FTO/水凝膠/FTO 設備配置產生了多功能 CGD。一些器件能夠在 2 V 的驅動電壓下實現 75% 的透射率對比度或僅在光照下實現 50% 的對比度。Ttz CGD 的循環性和可逆性非常好，在250次開/關循環后僅損失 6% 的透射率對比度或在施加電壓 1 小時后損失 1% 的透射率對比度。此外，值得注意的是，
這些設備在環境、水性條
件下運行。在電熒光變色的情況下，應用
2.5 V 可以關閉>90% 的熒光。
這些特性使 TTz CGDs 成為自動變暗玻璃、傳感器、熒光顯示器應用的有希望的候選者，
最適用于窗戶，其中，CGD 可以在施加電壓、曝光或兩者結合的情況下根據命令變暗
。
參考文獻
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doi.org/10.1002/adfm.202103408
版權聲明：
「
高分子材料科學
」旨在分享學習交流高分子聚合物材料學等領域的研究進展。編輯水平有限
，
上述僅代表個人觀點。投稿，薦稿或合作請后臺聯系編輯。感謝各位關注！
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