在自然界中，鹽度在動植物體內(nèi)的累積是影響生命過程的主要環(huán)境因素之一。很多動植物通過調(diào)節(jié)滲透機制和離子平衡區(qū)域化等方式來適應(yīng)不斷變化的鹽度環(huán)境。生物體可以耐受廣闊范圍鹽度變化而保持生存活力的性質(zhì)，被稱為廣鹽性。水凝膠作為與生命組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能高度相近的人工材料，卻還不具備這一性能。例如常見的丙烯酰胺類水凝膠在高鹽度下會發(fā)生明顯的脫水和網(wǎng)絡(luò)坍塌，導(dǎo)致其溶脹、潤濕和力學(xué)等性能產(chǎn)生急劇變化。兩性離子水凝膠通常在高鹽度下發(fā)生明顯體積膨脹，同時力學(xué)性能大大減弱。因此如何構(gòu)建在廣闊的鹽度范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的保水性、潤濕性和優(yōu)異的力學(xué)性能的水凝膠材料仍是挑戰(zhàn)。
北京工商大學(xué)高海南副教授和北京航空航天大學(xué)劉明杰教授團隊從自然界的廣鹽性生物中汲取靈感，首次報道了一種具有穩(wěn)定溶脹及潤濕性能的廣鹽性水凝膠材料。
二元協(xié)同互補是該凝膠體系的重要設(shè)計理念，研究者巧妙地將兩種不同鹽度響應(yīng)的水凝膠網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，即在高鹽度下發(fā)生網(wǎng)絡(luò)坍塌的聚N,N-二乙基丙烯酰胺（PDEA）網(wǎng)絡(luò)和具有“反聚電解質(zhì)”性能的兩性離子凝膠網(wǎng)絡(luò)聚3-[N,N-二甲基-[2-(2-甲基丙-2-烯酰氧基)乙基]銨]丙烷-1-磺酸內(nèi)鹽（PDMAPS）。通過共聚合方法在水凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)構(gòu)筑具有動態(tài)互補功能的交聯(lián)點，這種特殊的結(jié)構(gòu)使得該水凝膠在不同鹽度下展現(xiàn)出不同的交聯(lián)形式。所制備的水凝膠在不同鹽度下都具有優(yōu)異的保水性、穩(wěn)定的溶脹及超親水潤濕性能。此外，通過構(gòu)筑雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，研究者還獲得了具有鹽度增強力學(xué)性能的雙網(wǎng)絡(luò)廣鹽性水凝膠。本文所介紹的廣鹽性凝膠材料可以在寬鹽域抗污染界面、油水分離設(shè)備以及高離子強度導(dǎo)電離子凝膠等方面具有應(yīng)用前景。
以上相關(guān)成果發(fā)表在Advanced Functional Materials期刊。論文的通訊作者為高海南副教授，共同通訊作者為劉明杰教授。北京工商大學(xué)為該論文第一位完成單位。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202007664
