水凝胶能够实现较快的形变响应速率

类别:高分子门窗    发布时间:2019-10-30 20:40    浏览:

  近年来,智能形变水凝胶材料研究引起了人们的广泛关注,该种材料在软体机器人、人工肌肉、生物医药等领域发挥着举足轻重的作用。然而该领域面临的一系列挑战包括力学性能较弱,形变速率慢,缺乏自修复能力等。面对这一系问题,(现澳大利亚国立大学博士后)之前的研究经历。在其博士期间,发现甲基丙烯酸已二醇甲醚酯单元(OEGMA)拥有非常强的亲水性,即使无规共聚物中强疏水苯乙烯单元含量高达80% mol,材料体系仍然拥有非常好的水溶性 (Polym. Chem., 2017, 8, 41144123)。基于该现象制备出来了能够修复光刻胶中线粗糙度的水溶性聚合物 (Mol. Syst. Des. Eng., 2018,3, 627-635),以及光,热,盐多重响应性形变水凝胶 (Chem. Commun., 2018, 54, 10909—10912)。

  于是,在本次工作中,进一步地,作者将OEGMA与甲基丙烯酸 (MAA) 共聚从而制备成无规共聚物。OEGMA单元能够与MAA单元形成强,稳定的动态氢键。力学性能测试结果表面,该无规共聚物拥有非常优异的可拉伸性,即使拉伸到了7000%聚合物也没有发现断裂。然后,利用聚合物中的羧基基团,作者将用价格低廉的对羟基苯甲醛对无规共聚物进行后修饰。在这里,对羟基苯甲醛拥有两个功能,第一,苯环可以进一步的稳定氢键,其二,醛基的存在可以使得动态亚胺键的引入。动态共价亚氨键能够一定程度上增强体系的自修复性能以及网络的稳定性。

  接下来,作者将制备的双网络水凝胶进行冷冻-干燥处理,发现该过程能够增强聚合物的力学性能,同时可以产生网络内部多孔结构从而增强水凝胶的刺激响应性。有趣的是,在分子间氢键作用大大增强并且存在25% mol含量的对羟基苯甲醛取代基的情况下,该冷冻-干燥水凝胶仍然拥有较高的水含量 (278%),测试结果表明,由于多重动态键的作用,该水凝胶拥有优异的力学性能以及能够实现有效的自修复过程。同时,由于多孔结构的存在,水凝胶能够实现较快的形变响应速率。并且有趣的是,作者还发现水凝胶在升温和降温过程中存在着差异比较大的相转变温度,从而使得该形变水凝胶体系拥有记忆功能。

  该工作提出了一种功能化智能形变水凝胶的思路,作者认为该分子设计思路概念拥有一定的普适性,可以用来修饰并且赋予其他类型的智能高分子材料优异的性能。该工作近期发表在先进材料(Advanced Materials)。文章的通讯作者是澳大利亚国立大学Luke A. Connal 副教授。