離子水凝膠
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-11
離子水凝膠的實例教程
圖1 離子水凝膠電致變色器件
近日，國際知名期刊《Materials Horizons》刊登了題為“Multifunctional hydrogel enables extremely simplified electrochromic devices for smart windows and ionic writing boards”的研究論文。研究人員通過將多功能離子水凝膠與氧化鎢薄膜復合，設計了一種結構精巧的新型電致變色器件。在周期性偏壓下，這種基于離子水凝膠的電致變色裝置能夠表現出顯著的顏色變化和高達70％的透射率調制（如圖1所示）。與傳統電致變色器件相比，響應速度和著色效率均明顯提高。
圖2 離子書寫板演示
此外，論文中首次展示了一種基于電致變色原理的可擦寫離子書寫板（如圖2所示）。該設計突破了電致變色顯示器件不可擦寫的局限，驅動電壓低至~1 V。這項工作對下一代電致變色器件的設計與研發具有重要的意義，同時也為離子水凝膠的應用提供了一種全新的思路。
論文第一作者為西安交通大學材料學院青年教師方華靖博士。南方科技大學汪宏教授和方華靖博士為通訊作者，合作單位還包括美國賓州州立大學。該研究得到了國家自然科學基金、博新計劃和西安交通大學分析測試共享中心的支持。
展開 圖文速遞
圖1仿生人體皮膚NaCl/SA/PAM離子水凝膠傳感器的設計與合成
(a) 離子水凝膠傳感器由SA超分子納米纖維網絡、PAM化學交聯網絡和無機鹽離子組成，仿生模擬皮膚結構；(b) 由于Na+的靜電屏蔽作用，SA分子自組裝形成基于多重氫鍵的超分子納米纖維；(c) SA超分子納米纖維雙網絡水凝膠的制備過程。
圖2 NaCl/SA超分子納米纖維溶液的表征
(a) 不同NaCl濃度的NaCl/SA水溶液在小瓶中的宏觀狀態照片；(b,c) NaCl/SA水溶液中SA超分子納米纖維的AFM圖像和TEM圖像；(d) 不同NaCl濃度的NaCl/SA水溶液的粘度隨剪切速率的變化曲線；(e) 不同NaCl濃度的NaCl/SA水溶液的儲能模量(G′)和損耗模量(G″)隨角頻率的變化曲線；(f) NaCl/SA超分子納米纖維水溶液經3000%應變處理后的剪切恢復實驗。
圖3 NaCl/SA/PAM離子水凝膠的宏觀圖片及力學性能
(a) 厚度為1mm的水凝膠片的透明性；(b) 水凝膠能夠承受自身1300倍的重物；(c) 水凝膠的可注射性；(d) 用模具制作的海星狀水凝膠及其自粘附性能；(e) 不同NaCl濃度水凝膠的拉伸應力-應變曲線；(f) 由拉伸應力-應變曲線得到的水凝膠彈性模量和韌性；(g) 水凝膠在1000%應變下連續20次的加載-卸載循環曲線。
展開 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠抗凍能力測試
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠保水性能表征（圖3）。結果表明，在25 ℃，54％相對濕度下放置一周后，水凝膠可維持100%的原始含水量。
圖3. 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠保水性測試
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠再生性能表征（圖4）。該水凝膠在真空干燥箱中脫水干燥后，其可在25 ℃，54％相對濕度下再生至原始狀態（18小時）。
圖4. 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠自再生能力
聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠傳感測試（圖5）。該水凝膠可作為離子導體用于制備柔性傳感器，監測人體運動信號。
圖5. 聚（磺基甜菜堿-co-丙烯酸）離子導電水凝膠用于人體運動檢測
相關成果以“Ionic conductive hydrogels with long-lasting antifreezing, water retention and self-regeneration abilities”為題發表在Chemical Engineering Journal。該論文第一作者為睢曉潔，通訊作者為張雷教授，其他作者有郭洪爽、蔡誠誠、李慶斯、文馳宇、張相宇、汪曉東和楊靜。
展開 高拉伸，抗凍，環境穩定，強粘附仿生水凝膠離子皮膚（iSkin）的設計思路
基于上述問題，日前，多倫多大學機械工程系劉新宇教授團隊聯合麥吉爾大學機械工程系助理教授李劍宇團隊，研發了一款高拉伸性、強抗凍性、環境穩定性和強表面粘附性的離子凝膠仿生皮膚 （iSkin），成果以《An Antifreezing, Ambient-Stable and Highly Stretchable Ionic Skin with Strong Surface Adhesion for Wearable Sensing and Soft Robotics》為題發表在材料領域知名期刊Advanced Functional Materials上。該離子仿生皮膚選取了經典雙網絡水凝膠Alginate-PAAm為模型，通過調控甘油和食鹽濃度以置換水凝膠中的自由水，從而優化保濕，抗凍和導電性等綜合能力。通過表面旋涂帶正電的橋連聚合物和耦合劑，該水凝膠離子皮膚能和任何具有表面官能團的基底形成化學鍵 ，其中包括人體組織，干燥或者出汗的皮膚表面，表面功能化的滌綸纖維和彈性體等，從而實現干/濕表面的強粘貼 （圖1）。這些屬性賦予了iSkin在極端環境下在可穿戴傳感以及軟體機器人方面的應用前景。
本文研究亮點：
1. 增韌機理中，Alginate-PAAm雙網絡水凝膠的韌性和拉伸性對于高濃度的單價鹽離子極其敏感， 本文首次發現添加甘油能夠解決這一機械性能下降問題。
2. 粘貼機理中，帶正電橋連聚合物和耦合劑 的粘貼性能對外界離子特別敏感， 本文首次發現甘油的添加能夠維持這一化學鍵合能力。
3.
展開 近年來，導電水凝膠在心肌梗死后的心臟功能重建中表現出理想的治療效果。然而，在心臟復雜的微環境下，如何優化制備具有良好生物相容性、導電和力學性能穩定的水凝膠補片，仍然是學者們面臨的主要挑戰。南方醫科大學基礎醫學院廣東省組織構建與檢測重點實驗室主任邱小忠教授團隊將FDA批準的具有良好生物相容性的導電高分子聚丙烯酸（PAA）引入水凝膠基質中，開發了一種性能可調的自修復離子導電水凝膠（POG1）。該水凝膠在預防左心室重塑和恢復心臟功能方面發揮了良好的潛能。該研究介紹了一種以前尚未探索的具有出色心肌梗死修復功能的離子導電水凝膠心肌補片修復心梗的策略。
圖1：可調自修復離子導電水凝膠的制備及其應用于心肌梗死修復的示意圖。
近年來，導電水凝膠在心肌梗死后的心臟功能重建中表現出理想的治療效果。然而，在心臟復雜的微環境下，如何優化制備具有良好生物相容性、導電和力學性能穩定的水凝膠補片，仍然是學者們面臨的主要挑戰。南方醫科大學基礎醫學院廣東省組織構建與檢測重點實驗室主任邱小忠教授團隊將FDA批準的具有良好生物相容性的導電高分子聚丙烯酸（PAA）引入水凝膠基質中，開發了一種性能可調的自修復離子導電水凝膠（POG1）。該水凝膠在預防左心室重塑和恢復心臟功能方面發揮了良好的潛能。該研究介紹了一種以前尚未探索的具有出色心肌梗死修復功能的離子導電水凝膠心肌補片修復心梗的策略。
制成的POG1水凝膠具有合適的可拉伸性（> 500％應變）和壓縮性（> 85％應變）以及自愈合性能。在大形變下仍能維持穩定的電導率。此外，在POG1內部形成的PAA納米通道賦予該水凝膠微觀超均質的導電性。與摻雜有電子導體（PPy，CNT，rGO）的傳統導電水凝膠相比，POG1水凝膠誘導心肌細胞取向生長和伸長的能力更加顯著。
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離子水凝膠的最新內容
來源 | Advanced Materials
01
背景介紹
電子產品產生大量的熱量，這種熱量積累可能導致溫度超過安全限制，增加熱失效甚至組件燒毀的風險。盡管在柔性和可拉伸電子、熱安全性和穩定性方面的快速發展在很大程度上仍未得到探索。雖然一些研究建議采用高導熱材料(如液態金屬)來改善可拉伸電子產品的導熱性，但過熱情況下
來源 | International Journal of Heat and Mass Transfer
原文 | https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.123946
01
背景介紹
隨著科技的飛速發展，器件功率密度的提高和器件的小型化
來源 | ACS Applied Polymer Materials
原文 | https://doi.org/10.1021/acsapm.3c00481
01
背景介紹
隨著微電子技術的快速發展，電子元件尺寸的小型化和頻率的增加，導致巨大的功耗密度，所以會產生較大的熱量
另一方面，通過引入電解質溶液，大量自由離子進入水凝膠網絡中，顯著提高了BRCH的導電性。BRCH具有優異的力學性能，其最大壓縮應力達到5.6 MPa，斷裂能達到7.45 kJ/m2，抗穿刺應力達到15 MPa，顯著高于傳統水凝膠電極。
甲基丙烯?；髂z（GelMA）由于具有生物兼容性好、可見光固化的特點，已廣泛應用于細胞3D培養、組織工程、生物3D打印等研究領域，已有上萬篇學術論文中采用了GelMA水凝膠。EFL團隊研制的GelMA產品具有批次穩定、服務專業等優點，自推出以來，已服務哈佛、劍橋、麻省理工、港大、清華、北大、浙大、上交等國內外高校的數百個課題組。
雖然水凝膠內部也自帶孔隙結構，但其孔隙過小，使得包裹細胞進行三維培養及生物
隨著工業化進程的不斷發展，大量的有機污染物被排放到環境中，對人類健康和生態環境造成了極大的危害。其中揮發性有機物的危害越來越受到人類的重視，成為當前研究的熱點之一。揮發性有機物有“三致”效應，能通過呼吸道，皮膚和飲食等方式進入人體，達到一定限值時，人體就會產生不適感，嚴重時會導致中毒，甚至死亡。2005年4月~2013年12月，我國開展了全國土壤污染狀況調查。調查結果不容樂觀，除了傳統的無機物污染外
基于低回滯納米復合水凝膠材料構建的離子型應力傳感器在微小振動高精度檢測中的應用。
最后，基于此類納米復合水凝膠材料獨特的純彈性力學行為，研究團隊還構建了離子型應變傳感器，實現了對微小振動的高靈敏度檢測（圖3）。
人口老齡化對植介入醫療器械提出了緊迫需求。其間，在器械表面構筑親水潤滑涂層能夠有效減小其與組織界面的摩擦力、降低手術操作難度、減小病人痛苦、延長器械使用壽命。水凝膠是一類具有典型濕滑特征的高分子材料，表面修飾水凝膠涂層可以有效改變材料與器械表面的潤滑特征；但如何通過溫和而可控的技術手段實現水凝膠材料的涂層化修飾仍然頗具挑戰
近期，浙江大學汪浩教授、奚望副研究員以及哈佛大學鎖志剛院士團隊合作開發了一種基于PVA-ACSF水凝膠為離子導電體，PDMS為絕緣層的新型硬腦膜下皮層電極——hydrogel-elastomer neural interface (HENI)。
近期，浙江大學汪浩教授、奚望副研究員以及哈佛大學鎖志剛院士團隊合作開發了一種基于PVA-ACSF水凝膠為離子導電體，PDMS為絕緣層的新型硬腦膜下皮層電極——hydrogel-elastomer neural interface (HENI)。
