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空气和水下超快速自修复水凝胶

来源:高分子科学前沿 发表时间:2018-01-04 71
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唐代诗人李白写过:“抽刀断水水更流,举杯消愁愁更愁。”水当然是切不断的,但是你见过“切不断”的水凝胶吗?


你没看错,这种水凝胶的自修复就是这么快,各种任性切再拿起来还是一整块。

最近,江雷院士仿生智能界面研究团队的郭兴林副研究员和海南大学郝万军教授合作在《ACS Applied Materials & Interfaces》发表题目为Hydrogel with Ultrafast Self-Healing Property Both in Air and Underwater的文章,制备了一种在空气中和水下都能有快速自修复能力,并且还能优先选择断裂处进行自修复的水凝胶。同时,这种凝胶还可以在高温下很容易改变形状,而在降温后又能恢复之前的性质。自修复凝胶能有效提高材料的可靠性,延长材料的使用寿命。随着水凝胶在组织替代材料、伤口敷料、隐形眼镜等领域的广泛应用,超快速自修复水凝胶材料具有巨大的潜在应用价值。


凝胶自修复原理

▲凝胶自修复机理。

凝胶以琼脂糖作为第一网络,PVA-硼砂作为第二网络。其中,PVA-硼之间存着大量的动态共价键,动态共价键的快速断裂与复原赋予了凝胶自修复的能力,而依靠氢键交联的琼脂糖网络保证凝胶具有稳定的形状。


凝胶的自修复性质

在空气中,只需接触10秒,切成两部分的凝胶即可以完全恢复。

▲凝胶空气中自修复性质。

除了在空气中自修复外,琼脂糖/PVA-硼砂双网络凝胶还可以在水下完成自修复。

▲ 凝胶水下自修复。

作者把按新出现的裂痕和断口接触定义为原位,把按其他界面接触定义为非原位。由于硼离子浓度的差异,凝胶的自修复表现出原位和非原位的差异性,原位自修复的效率远大于非原位自修复的效率,这有利于凝胶自修复后保持原有的性能。

▲原位与非原位自修复效率存在巨大差异。

在加热至90℃下,凝胶可轻易进行多次复形以适应不同的使用需求,可实现循环使用、节省资源。

▲凝胶的循环复形能力。

该论文的第一作者是海南大学硕士研究生陈伟鹏,通讯作者是郝万军教授和郭兴林副研究员。

参考文献:

Chen-Weipeng, Hao-Dezhao, Hao-Wanjun, Guo-Xinglin, Jiang Lei.Hydrogel with Ultra-Fast Self-Healing Property both in Air and Underwater[J].ACS applied materials & interfaces, 2017.

文章链接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b17118


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