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天津工業大學張擁軍/張巖團隊 CEJ:仿蛛絲強黏韌共晶凝膠纖維
2025-02-27  來源:高分子科技

  導電水凝膠纖維作為可穿戴電子器件的理想材料,因機械強度不足、環境穩定性差及界面黏附弱等瓶頸限制了其實際應用。尤其前體溶液可紡性差導致連續化生產困難,現有紡絲技術(如微流體紡絲)雖能改善機械性能,卻難以兼容水凝膠增韌策略,且環境耐受性提升有限。蜘蛛絲因其卓越的黏附性和強大的韌性而廣為人知,它能夠迅速捕捉昆蟲,且其韌性甚至超過鋼鐵。盡管在生物仿生領域科學家已進行大量研究,試圖復制這種黏附性能,但兼顧天然蜘蛛絲的黏附性和韌性目標依然遙不可及。


  天津工業大學張擁軍教授/張巖副教授團隊開發了新型深共晶凝膠纖維體系,通過引入三元深共晶溶劑([ChCl][Urea][Glucose])以及α-螺旋多肽結構,結合光聚合方法實現了共晶凝膠纖維的連續紡絲,并且表現出一系列優異性能,包括:


  (1)纖維尺寸均一且具備長期環境穩定性。PAAm/PC eutectogel fiber直徑變異系數僅為~2%。此外,纖維在90天的日常環境儲存中未出現質量損失或形態變化。



  (2)高力學性能。引入具有α-螺旋結構的多肽交聯劑后,共晶凝膠纖維斷裂伸長率和斷裂強度分別達到1420%720 kPa。此外,多肽增強的共晶凝膠纖維還展示出出色的回彈性(500%應變時可恢復>95%)和較強的抗裂紋擴展能力,纖維斷裂能達到58.3 MJ m-3,較傳統水凝膠纖維(3.5 MJ m-3)提升近17倍,打結效率高達97%



  (3)高黏附性。通過搭接-剪切測試,纖維的黏附強度達到0.85 MPa,接觸剝離角度測試其剝離角度為40°,高于天然蜘蛛絲的30°



  (4)基于優異的機械穩定性與長期環境耐受性,可制備出高精度柔性凝膠纖維傳感器,可長期連續監測人體運動、溫度及肌電信號。



  這一工作已于近日在Chemical Engineering Journal線發表。第一作者為張倩博士及張巖副教授,通訊作者為張擁軍教授、關英教授、張巖副教授及王亞斐博士。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160437

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