不列顛哥倫比亞大學(xué)姜鋒教授/中國(guó)林科院林化所劉鶴研究員 AM:強(qiáng)韌水凝膠構(gòu)建的通用法則 - 纖維素納米晶水合效應(yīng)調(diào)控微相分離
2025-01-02 來(lái)源:高分子科技
近年來(lái),鹽結(jié)晶誘導(dǎo)微相分離在增強(qiáng)的水凝膠力學(xué)性能方面受到廣泛關(guān)注,但此類方法通常因嚴(yán)重的相分離而削弱水凝膠的彈性和韌性,存在顯著局限性。針對(duì)此關(guān)鍵問(wèn)題,不列顛哥倫比亞大學(xué)姜鋒教授和中國(guó)林科院林化所劉鶴研究員創(chuàng)新性地提出了一種通用的相工程策略,利用纖維素納米晶(CNC)調(diào)控乙酸鈉(NaAc)結(jié)晶誘導(dǎo)的微相分離,成功制備出兼具高強(qiáng)度、高韌性、高延展性和抗疲勞性的纖維素復(fù)合水凝膠(圖1)。研究發(fā)現(xiàn),單獨(dú)添加NaAc會(huì)因NaAc·3H2O晶體的形成引發(fā)嚴(yán)重的微相分離,從而制得剛性且缺乏彈性的水凝膠。而通過(guò)引入CNC,其獨(dú)特的水合效應(yīng)能夠競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合晶體中的水分子,有效緩解微相分離,成功實(shí)現(xiàn)了剛性水凝膠向彈性、強(qiáng)韌且耐疲勞水凝膠的轉(zhuǎn)變(圖2)。
圖1 強(qiáng)韌水凝膠的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)特征
圖2 水凝膠的微結(jié)構(gòu)和相互作用的演變
圖3 水凝膠的壓縮和拉伸性能
圖4 水凝膠的斷裂韌性和疲勞抗性
圖5 水凝膠強(qiáng)韌化策略的通用性
原文鏈接:https://doi.org/10.1002/adma.202416916
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