近日，深圳大學化學與環(huán)境工程學院田雷團隊在《Advanced Functional Materials》（自然指數(shù)期刊，影響因子18.5，中科院JCR一區(qū)，Top期刊）上發(fā)表了題為“Super Strong and Tough Hydrogels Constructed via Network Uniformization of Macromolecular Chains”的研究論文。文章第一作者是深圳大學碩士生徐泳斌，共同第一作者中科院成都有機所博士生譚吉吉（田雷副教授指導(dǎo)的碩士研究生）和深圳大學博士生董韋良。深圳大學為本文第一通訊單位，田雷副教授為本文唯一通訊作者。該研究得到國家自然科學基金、深圳市科技重大專項、深圳市重點項目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、廣東省教育廳項目、中石油創(chuàng)新基金等的支持。

水凝膠的聚合物網(wǎng)絡(luò)在反應(yīng)、成型過程中通常存在局部結(jié)構(gòu)不均勻性，這種不均勻性為應(yīng)力集中和裂紋擴展創(chuàng)造了條件。在水凝膠受到外力拉伸時，這些應(yīng)力集中區(qū)域更易于發(fā)生斷裂，導(dǎo)致材料的整體性能下降。通過提升聚合物網(wǎng)絡(luò)的均勻性提升材料的力學性能，一直是水凝膠領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)之一。

圖1聚合物大分子的均勻化構(gòu)建過程是水凝膠超高性能的重要組成部分

本工作提出了一種利用旋轉(zhuǎn)冰模板凍結(jié)鑄造均勻聚合物網(wǎng)絡(luò)的水凝膠的新方法。通過將這一過程與鹽析密化相結(jié)合，制造出了在X和Y方向上都具有超過350 MJ/m3的卓越韌性、超高拉伸應(yīng)力（20 MPa）和斷裂應(yīng)變（3000%）的水凝膠。

圖2大分子網(wǎng)絡(luò)均勻化機理研究

旋轉(zhuǎn)冰模板法賦予了PVA-PCL水凝膠在X和Y二維微觀尺度上密集且均勻交織的微纖維網(wǎng)絡(luò)，這使得水凝膠在不同方向上拉伸時展現(xiàn)出高度均勻和優(yōu)越的機械性能。研究還展示了通過旋轉(zhuǎn)凍結(jié)和鹽析策略制備一系列相分離聚合物水凝膠的普適性。這些水凝膠展現(xiàn)出了比傳統(tǒng)水凝膠更優(yōu)秀的可拉伸性和力學強度。這些特性歸因于有效的結(jié)晶域、相分離、堅固的氫鍵和均勻纖維網(wǎng)絡(luò)的形成。

文獻詳情

Y. Xu, J. Tan, W. Dong, Y. Chen, Y. Wuliu, W. Xu, R. Wang, G. Yin, Z. Zhang, C. Zhu, J. Xu, L. Tian, Super Strong and Tough Hydrogels Constructed via Network Uniformization of Macromolecular Chains. Adv. Funct. Mater. 2024, 2419161. https://doi.org/10.1002/adfm.202419161