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  韌性水凝膠，一種具有良好機械性能的水凝膠，在組織工程、健康醫療、電子皮膚、軟體機器人等領域具有重要的應用前景，近年來引起了研究人員的極大關注。但由于極高的含水量，導致了其在干燥、低溫環境中分別容易失水和結冰，直接導致了韌性水水凝膠的形狀和機械性能發生了巨大的改變，從而限制了它的使用范圍和實際應用場景。

  最近，周學昌副教授課題組開發了一種溶劑置換法，將韌性水凝膠成功改造成低蒸發且抗結冰的含水量可控韌性有機水凝膠，從而解決韌性水凝膠在空氣中易干和低溫下易結冰問題。研究成果以“Rational Fabrication of Anti-Freezing, Non-Drying Tough Organohydrogels by One-Pot Solvent Displacement”為題，于2018年4月14日在Angewandte Chemie International Edition上在線發表，2017級碩士研究生陳繁、周丹并列第一作者，周學昌副教授為文章的通訊作者，作者單位均為深圳大學化學與環境工程學院。

  在該方法中，韌性水凝膠經過簡單的浸泡，其含有的水分可被甘油、已二醇、山梨醇等單一或者多種混合溶劑置換，形成韌性有機水凝膠（圖1）。該凝膠在混合溶劑及高分子網絡結構的影響下，溶劑分子的結冰行為受到了有效地抑制；另一方面，由于置換的溶劑不易蒸發，所得的韌性有機水凝膠展現出優良的抗結冰和不干性能。研究結果表明，在-70 oC 條件下仍觀察不到凝膠的結冰，并具有良好的機械靈活性；在空氣中甚至是冷凍真空干燥條件下，該凝膠依然具有良好的保濕性能。此外，通過多種溶劑的混合置換，韌性有機水凝膠的抗凍、不干性能可以得到有效地調控。

圖1. 溶劑置換法制備抗結冰、不干韌性有機水凝膠的示意圖 （上），低溫機械靈活性展示圖片（左下），保濕性能展示曲線（右下）。

  該溶劑置換法作為一種對水凝膠后加工方法，它在制備抗結冰、不干韌性有機水凝膠方面具有兩個特點：

• (1)解決了傳統的凝膠制備過程（如聚合過程）中需精確考量甘油等有機溶劑加入量對單體聚合的影響問題；

• (2)抗凍、保濕性能可通過單一或多組分溶劑的調節。

  該方法具有簡單易行、成本低廉、通用性強，有望推動和進一步擴展韌性水凝膠甚至是水凝膠在復雜環境中（尤其是極端低溫、干燥甚至真空條件下）的實際應用。

  該研究受到國家自然科學基金、深圳市科創委等項目的資助和支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.201803366