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南科大劉吉/哈工深何思斯《Small》:利用仿生界面礦化實現強水凝膠粘附
2022-07-11  來源:高分子科技

  近年來,水凝膠已廣泛應用在生物醫學和柔性電子產品中,而在這些應用場景中,水凝膠與各類基底或設備的界面粘附是必不可少的。盡管研究人員已經開發了各類水凝膠粘附策略,但通過簡單而高效的方法構筑穩定高效的水凝膠粘附界面仍然具有一定的挑戰性。近日,南科大劉吉/哈工深何思斯在《Small》上發表文章《Robust Hydrogel Adhesion by Harnessing Bioinspired Interfacial Mineralization》,報道一種簡單而廣譜性的策略,實現水凝膠與多種基底材料的強粘附,界面剪切力提高達50倍。該策略廣泛應用于各種水凝膠和各種基材(水凝膠和剛性基底,如玻璃、鋁、PET、尼龍和 PDMS)之間構建強的界面粘附力。本工作中所報道的具有強界面粘附力的水凝膠,相比于傳統方法獲得的界面粘附力的水凝膠具有強的抗環境干擾,即使在潮濕條件下界面粘附力也不會受到影響,有望擴展其應用范圍和提高其應用場景下長效穩定性。


  受到軟骨-骨關節的自然構造原理的啟發(圖1),提出了一種礦化策略,在水凝膠和不同的基質之間建立一個堅固的界面。這種方法只需要通過簡單的工藝:首先將離子對中的陽離子和陰離子分別引入水凝膠和基質中,隨后當水凝膠與基底接觸時,通過離子擴散和隨后的礦物沉積構建仿生礦化過渡層。該策略不僅普遍適用于廣泛的基板和離子對,而且可與各種制造方法兼容。這類水凝膠表現出強的界面粘附力,其剪切強度高達700 N m-1,是沒有界面礦化的對照組(14 N m-1)的50倍。


圖1. 具有強的水凝膠粘附力的仿生原理,制備過程、界面剪切力性能、實物展示和微觀結構表征。


  如圖2所示,該策略在單電極摩擦納米發電機 (TENG) 的應用中得到進一步證明,通過界面礦化在TENG裝置中實現堅固的彈性體/離子水凝膠界面,在200個周期的接觸/分離過程中,能夠確保可靠的信號生成和輸出,證實了堅固界面對穩定性能的作用。與此形成鮮明對比的是,對照樣品中的TENG的VOC逐漸降低,這源于水凝膠/彈性體混合體的局部分層,阻礙了電荷運輸。 


圖2. 具有強的水凝膠粘附力水凝膠在壓電器件應用場景長期穩定性驗證。


  南方科技大學博士后張俊博士為該論文第一作者,劉吉副教授/何思斯副教授為共同通訊作者。該研究得到國家自然青年科學基金項目、深圳市仿生機器人與智能系統重點實驗室、廣東省普通高校人體增強與康復機器人重點實驗室、深圳市基礎研究(面上項目)等經費支持。


  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202201796

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招聘信息


  劉吉課題組長期招聘研究助理教授、博士后和研究助理,有意者請將個人簡歷(pdf)等相關材料發送至liuj9@sustech.edu.cn郵件標題請注明姓名+畢業學校+應聘職位,期待您的加盟!


  劉吉副教授及團隊簡介:劉吉博士于2019年9月加入南方科技大學獨立建組,任博士生導師。主要研究領域為軟材料的極限性能設計、仿生軟材料、界面粘合、軟材料3D打印以及功能軟材料在組織工程上的應用等。近年來,在Science AdvancesNature CommunicationsPNASAdvanced MaterialsAdvanced Functional Materials等期刊上發表文章40余篇。先后獲得國家級青年人才項目(2020)、《麻省理工科技評論》中國區 “35歲以下科技創新35人” (2020)、珠江人才引進高層次人才青年項目(2020)、深圳市海外高層次人才(2020)、日本高分子協會青年學者獎(2017)、瑪麗居里學者(2015)等榮譽。


  課題組更多信息請看:http://faculty.sustech.edu.cn/liuj9/


  何思斯課題組長期招聘研究博士后和研究助理,有意者請將個人簡歷(pdf)等相關材料發送至hesis@hit.edu.cn郵件標題請注明姓名+畢業學校+應聘職位,我們期待您的加盟!


  何思斯副教授及團隊簡介:何思斯博士于2021年1月加入哈爾濱工業大學(深圳)獨立建組,任博士生導師。主要研究領域為納米材料、柔性器件、纖維器件的制備在傳感、能源方向的應用等。近年來,在Materials Science and Engineering: R: Reports Advanced MaterialsAngewandte Chemie International EditionAdvanced Energy Materials等期刊上發表文章40余篇,,其中以第一作者/通訊或共同一作/通訊身份發表論文22篇,Google Scholar 引用超過3000次,H因子30,論文總因子大于800。現擔任Scientific reports 期刊編委。


  課題組更多信息請看:http://faculty.hitsz.edu.cn/hesisi
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