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南科大劉吉/哈工深何思斯《Small》：利用仿生界面礦化實(shí)現(xiàn)強(qiáng)水凝膠粘附
2022-07-11  來源：高分子科技

  近年來，水凝膠已廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)和柔性電子產(chǎn)品中，而在這些應(yīng)用場景中，水凝膠與各類基底或設(shè)備的界面粘附是必不可少的。盡管研究人員已經(jīng)開發(fā)了各類水凝膠粘附策略，但通過簡單而高效的方法構(gòu)筑穩(wěn)定高效的水凝膠粘附界面仍然具有一定的挑戰(zhàn)性。近日，南科大劉吉/哈工深何思斯在《Small》上發(fā)表文章《Robust Hydrogel Adhesion by Harnessing Bioinspired Interfacial Mineralization》，報道一種簡單而廣譜性的策略，實(shí)現(xiàn)水凝膠與多種基底材料的強(qiáng)粘附，界面剪切力提高達(dá)50倍。該策略廣泛應(yīng)用于各種水凝膠和各種基材（水凝膠和剛性基底，如玻璃、鋁、PET、尼龍和 PDMS）之間構(gòu)建強(qiáng)的界面粘附力。本工作中所報道的具有強(qiáng)界面粘附力的水凝膠，相比于傳統(tǒng)方法獲得的界面粘附力的水凝膠具有強(qiáng)的抗環(huán)境干擾，即使在潮濕條件下界面粘附力也不會受到影響，有望擴(kuò)展其應(yīng)用范圍和提高其應(yīng)用場景下長效穩(wěn)定性。


  受到軟骨-骨關(guān)節(jié)的自然構(gòu)造原理的啟發(fā)（圖1），提出了一種礦化策略，在水凝膠和不同的基質(zhì)之間建立一個堅(jiān)固的界面。這種方法只需要通過簡單的工藝：首先將離子對中的陽離子和陰離子分別引入水凝膠和基質(zhì)中，隨后當(dāng)水凝膠與基底接觸時，通過離子擴(kuò)散和隨后的礦物沉積構(gòu)建仿生礦化過渡層。該策略不僅普遍適用于廣泛的基板和離子對，而且可與各種制造方法兼容。這類水凝膠表現(xiàn)出強(qiáng)的界面粘附力，其剪切強(qiáng)度高達(dá)700 N m-1，是沒有界面礦化的對照組（14 N m-1）的50倍。


圖1. 具有強(qiáng)的水凝膠粘附力的仿生原理，制備過程、界面剪切力性能、實(shí)物展示和微觀結(jié)構(gòu)表征。


  如圖2所示，該策略在單電極摩擦納米發(fā)電機(jī) (TENG) 的應(yīng)用中得到進(jìn)一步證明，通過界面礦化在TENG裝置中實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固的彈性體/離子水凝膠界面，在200個周期的接觸/分離過程中，能夠確保可靠的信號生成和輸出，證實(shí)了堅(jiān)固界面對穩(wěn)定性能的作用。與此形成鮮明對比的是，對照樣品中的TENG的VOC逐漸降低，這源于水凝膠/彈性體混合體的局部分層，阻礙了電荷運(yùn)輸。 


圖2. 具有強(qiáng)的水凝膠粘附力水凝膠在壓電器件應(yīng)用場景長期穩(wěn)定性驗(yàn)證。


  南方科技大學(xué)博士后張俊博士為該論文第一作者，劉吉副教授/何思斯副教授為共同通訊作者。該研究得到國家自然青年科學(xué)基金項(xiàng)目、深圳市仿生機(jī)器人與智能系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省普通高校人體增強(qiáng)與康復(fù)機(jī)器人重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深圳市基礎(chǔ)研究（面上項(xiàng)目）等經(jīng)費(fèi)支持。


  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202201796

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招聘信息


  劉吉課題組長期招聘研究助理教授、博士后和研究助理，有意者請將個人簡歷（pdf）等相關(guān)材料發(fā)送至liuj9@sustech.edu.cn郵件標(biāo)題請注明“姓名+畢業(yè)學(xué)校+應(yīng)聘職位”，期待您的加盟！


  劉吉副教授及團(tuán)隊(duì)簡介：劉吉博士于2019年9月加入南方科技大學(xué)獨(dú)立建組，任博士生導(dǎo)師。主要研究領(lǐng)域?yàn)檐洸牧系臉O限性能設(shè)計、仿生軟材料、界面粘合、軟材料3D打印以及功能軟材料在組織工程上的應(yīng)用等。近年來，在Science Advances，Nature Communications，PNAS，Advanced Materials，Advanced Functional Materials等期刊上發(fā)表文章40余篇。先后獲得國家級青年人才項(xiàng)目(2020)、《麻省理工科技評論》中國區(qū) “35歲以下科技創(chuàng)新35人” (2020)、珠江人才引進(jìn)高層次人才青年項(xiàng)目(2020)、深圳市海外高層次人才(2020)、日本高分子協(xié)會青年學(xué)者獎(2017)、瑪麗居里學(xué)者(2015)等榮譽(yù)。


  課題組更多信息請看：http://faculty.sustech.edu.cn/liuj9/


  何思斯課題組長期招聘研究博士后和研究助理，有意者請將個人簡歷（pdf）等相關(guān)材料發(fā)送至hesis@hit.edu.cn郵件標(biāo)題請注明“姓名+畢業(yè)學(xué)校+應(yīng)聘職位”，我們期待您的加盟！


  何思斯副教授及團(tuán)隊(duì)簡介：何思斯博士于2021年1月加入哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）獨(dú)立建組，任博士生導(dǎo)師。主要研究領(lǐng)域?yàn)榧{米材料、柔性器件、纖維器件的制備在傳感、能源方向的應(yīng)用等。近年來，在Materials Science and Engineering: R: Reports， Advanced Materials，Angewandte Chemie International Edition，Advanced Energy Materials等期刊上發(fā)表文章40余篇，，其中以第一作者/通訊或共同一作/通訊身份發(fā)表論文22篇，Google Scholar 引用超過3000次，H因子30，論文總因子大于800。現(xiàn)擔(dān)任Scientific reports 期刊編委。


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