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深圳大學(xué)田雷團(tuán)隊(duì) AFM：聚合物網(wǎng)絡(luò)均勻化思想構(gòu)筑強(qiáng)韌水凝膠
2024-12-15  來(lái)源：高分子科技

  水凝膠的聚合物網(wǎng)絡(luò)在反應(yīng)、成型過(guò)程中通常存在局部結(jié)構(gòu)不均勻性，這種不均勻性為應(yīng)力集中和裂紋擴(kuò)展創(chuàng)造了條件。在水凝膠受到外力拉伸時(shí)，這些應(yīng)力集中區(qū)域更易于發(fā)生斷裂，導(dǎo)致材料的整體性能下降。提升聚合物網(wǎng)絡(luò)的均勻性以提升材料的力學(xué)性能，一直是水凝膠領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)之一。


圖1聚合物大分子的均勻化構(gòu)建過(guò)程是水凝膠超高性能的重要組成部分


  近期，深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院田雷副教授團(tuán)隊(duì)提出了一種利用旋轉(zhuǎn)冰模板凍結(jié)鑄造均勻聚合物網(wǎng)絡(luò)的水凝膠的新方法。通過(guò)將這一過(guò)程與鹽析密化相結(jié)合，制造出了在X和Y方向上都具有超過(guò)350 MJ/m3的卓越韌性、超高拉伸應(yīng)力（20 MPa）和斷裂應(yīng)變（3000%）的水凝膠。該工作以“Super Strong and Tough Hydrogels Constructed via Network Uniformization of Macromolecular Chains”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上（Adv. Funct. Mater. 2024, 2419161.）。文章第一作者是深圳大學(xué)碩士生徐泳斌，中科院成都有機(jī)所博士生譚吉吉（田雷副教授指導(dǎo)的碩士研究生），深圳大學(xué)博士生董韋良。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市科技重大專(zhuān)項(xiàng)、深圳市科技計(jì)劃、廣東省引進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、廣東省教育廳項(xiàng)目、中石油創(chuàng)新基金的支持。 


圖2 大分子網(wǎng)絡(luò)均勻化機(jī)理研究


  旋轉(zhuǎn)冰模板法賦予了PVA-PCL水凝膠在X和Y二維微觀尺度上密集且均勻交織的微纖維網(wǎng)絡(luò)，這使得水凝膠在不同方向上拉伸時(shí)展現(xiàn)出高度均勻和優(yōu)越的機(jī)械性能。研究還展示了通過(guò)旋轉(zhuǎn)凍結(jié)和鹽析策略制備一系列相分離聚合物水凝膠的普適性。這些水凝膠展現(xiàn)出了比傳統(tǒng)水凝膠更優(yōu)秀的可拉伸性和力學(xué)強(qiáng)度。這些特性歸因于有效的結(jié)晶域、相分離、堅(jiān)固的氫鍵和均勻纖維網(wǎng)絡(luò)的形成。


  原文鏈接 https://doi.org/10.1002/adfm.202419161

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（責(zé)任編輯：xu）
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