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  引入氫鍵、離子鍵等非共價鍵作為能量耗散單元是制備高強(qiáng)度水凝膠的有效途徑。金屬配位鍵具有較高的鍵能，可用于制備力學(xué)性能優(yōu)異的水凝膠材料。研究表明，在水凝膠中形成羧酸-Fe³⁺配位鍵作為網(wǎng)絡(luò)的物理交聯(lián)點，可有效提高水凝膠的力學(xué)性能。但是，由于Fe³⁺離子對自由基聚合的阻聚效果，含羧酸基團(tuán)的水凝膠需要通過溶液浸泡以形成配位鍵來完成力學(xué)增韌，由此導(dǎo)致延擴(kuò)散方向存在一定的梯度結(jié)構(gòu)。聚合過程原位形成配位鍵講簡化凝膠制備過程并改善其力學(xué)性能，其關(guān)鍵是拓展新的金屬配位體系，使其具有較高的鍵能且與聚合過程兼容。

  浙江大學(xué)鄭強(qiáng)、吳子良團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)鋯離子（Zr⁴⁺）可以與磺酸根形成穩(wěn)定的配位鍵，大幅提升含磺酸根的聚電解質(zhì)水凝膠的力學(xué)性能（Adv. Mater. 2020, 32, 2005171）。在此基礎(chǔ)上，該團(tuán)隊通過在Zr⁴⁺離子存在的條件下引發(fā)丙烯酸前驅(qū)液聚合，得到透明度高、力學(xué)性能好的物理水凝膠薄膜，其中COO–-Zr⁴⁺配位鍵作為物理交聯(lián)點。得到的水凝膠薄膜含水量為45-95 wt%，楊氏模量為0.1-186 MPa，拉伸斷裂強(qiáng)度為0.4-11.9 MPa，斷裂應(yīng)變?yōu)?4-390%，，撕裂能為100-8900 J·m^-2。通過光模板引導(dǎo)局部聚合，可快速制備圖案化水凝膠薄膜；通過形成剪紙結(jié)構(gòu)，水凝膠薄膜具有更好的可拉伸性和對復(fù)雜曲面的包覆能力。研究表明，通過形成COO–-Zr⁴⁺金屬配位鍵制備高強(qiáng)度水凝膠的方法適用于其他含有羧酸單元的凝膠體系，有利于拓展凝膠材料在生物、工程等領(lǐng)域的應(yīng)用。

  該工作以“Engineering Tough Metallosupramolecular Hydrogel Films with Kirigami Structures for Compliant Soft Electronics”為題發(fā)表于Small并被選為“Editor’s choice”。浙江大學(xué)高分子系研究生虞海超為該論文第一作者，吳子良、鄭強(qiáng)為通訊作者。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金和浙江省科學(xué)自然基金的支持。

  論文信息：

  Hai Chao Yu, Xing Peng Hao, Chuan Wei Zhang, Si Yu Zheng, Miao Du, Songmiao Liang, Zi Liang Wu,* Qiang  Zheng* Small DOI:10.1002/smll.202103836

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/smll.202103836