南開大學關英/天工大張擁軍《Adv. Mater.》：低固含量、優異機械性能水凝膠
2023-02-27 來源：高分子科技
普通高分子水凝膠往往存在機械性能差的問題。網絡的不均勻性以及缺乏能量耗散機制被認為是主要原因。據此人們提出了多種策略，成功地設計制備了多種高強度水凝膠。然而這些水凝膠往往只在原始狀態下才顯示良好的機械性能。一旦在水中溶脹，隨著含水量的提高，凝膠的機械性能往往大幅降低。實際上，水凝膠的高含水量，或低固含量，是導致其機械性能弱最重要的原因。低固含量意味著抵抗外力的高分子鏈更少，稀疏的高分子鏈也使得其相互作用更弱，更難以實現能量耗散。因此設計制備低固含量但仍具優異機械性能的水凝膠是一項艱巨挑戰。
和用普通交聯劑BIS交聯的高度纏結水凝膠相比，多肽交聯的高度纏結水凝膠的溶脹度更大。溶脹后固含量僅5.8%。因此具有堪比角膜的高透明度：
然而由于其特殊的交聯結構（物理纏結交聯）并引入了特殊的能量耗散機制，該水凝膠仍具有良好的機械性能。如圖所示，該水凝膠斷裂伸長率達440%，抗張強度達220 KPa，同時可回復性達99%：
該凝膠的斷裂韌性高達2100 J/m2，抗疲勞強度達720 J/m2，且對裂紋高度不敏感。帶4mm切口的試樣仍能拉伸到400%而不斷裂：
同時該凝膠還表現出優異的摩擦性能。和BIS交聯的凝膠相比，其摩擦系數進一步降至0.0059，而耐磨性則進一步提高：
這一工作已于近日在Advanced Materials在線發表。第一作者為碩士生劉芃余，通訊作者為關英副教授和張擁軍教授。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210021
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（責任編輯：xu）
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