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深圳大學周學昌副教授課題組: 一步溶劑置換法制備抗結(jié)冰不干韌性有機凝膠
2018-04-24  來源:中國聚合物網(wǎng)
關(guān)鍵詞:水凝膠 韌性 抗冰

  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(yī)療、電子皮膚、軟體機器人等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景,近年來引起了研究人員的極大關(guān)注。但由于極高的含水量,導(dǎo)致了其在干燥、低溫環(huán)境中分別容易失水和結(jié)冰,直接導(dǎo)致了韌性水水凝膠的形狀和機械性能發(fā)生了巨大的改變,從而限制了它的使用范圍和實際應(yīng)用場景。

  最近,周學昌副教授課題組開發(fā)了一種溶劑置換法,將韌性水凝膠成功改造成低蒸發(fā)且抗結(jié)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(jié)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(fā)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(huán)境工程學院。

  在該方法中,韌性水凝膠經(jīng)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響下,溶劑分子的結(jié)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(fā),所得的韌性有機水凝膠展現(xiàn)出優(yōu)良的抗結(jié)冰和不干性能。研究結(jié)果表明,在-70 oC 條件下仍觀察不到凝膠的結(jié)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(diào)控。

圖1. 溶劑置換法制備抗結(jié)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(jié)冰、不干韌性有機水凝膠方面具有兩個特點:

  • (1)解決了傳統(tǒng)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(diào)節(jié)。

  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(fù)雜環(huán)境中(尤其是極端低溫、干燥甚至真空條件下)的實際應(yīng)用。

  該研究受到國家自然科學基金、深圳市科創(chuàng)委等項目的資助和支持。

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

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