我研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出新型水凝膠：越“長大”越堅(jiān)韌 今日熱門
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5月29日，記者從湖北工業(yè)大學(xué)獲悉，該校材料與化學(xué)工程學(xué)院微納米及軟物質(zhì)科研團(tuán)隊(duì)李學(xué)鋒教授、黃以萬副教授提出通過一種簡單的二次平衡法，開發(fā)出一系列溶脹卻力學(xué)性能增強(qiáng)的水凝膠材料，其力學(xué)性能優(yōu)于許多已報(bào)道的高性能水凝膠，這一研究改變了研究者對水凝膠“溶脹-力學(xué)性能弱化”的普遍認(rèn)知，為研發(fā)溶脹且增強(qiáng)的水凝膠材料提供一種簡易方法。相關(guān)研究成果日前在《先進(jìn)功能材料》上發(fā)表。
作為一類十分重要的軟物質(zhì)，高分子水凝膠具有類似于生物軟組織的軟、濕等物理特性，在生物組織工程、藥物輸送、軟體機(jī)器人等諸多領(lǐng)域均表現(xiàn)出十分迷人的應(yīng)用前景。
然而，合成高分子水凝膠通常卻并不遵循生命體系中“長大-變強(qiáng)”的自然規(guī)律。當(dāng)在水或稀溶液中溶脹時(shí)，高分子網(wǎng)絡(luò)被稀釋會(huì)導(dǎo)致鏈密度降低，合成水凝膠通常表現(xiàn)出與生命體系相反的幾何尺寸-力學(xué)性能關(guān)系，即尺寸變大卻力學(xué)性能弱化現(xiàn)象。
為提高高分子水凝膠的力學(xué)性能，研究者們目前傾向于在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中引入更多的物理或化學(xué)鍵合，增強(qiáng)高分子鏈間的相互作用，實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能強(qiáng)化目的。
設(shè)計(jì)并開發(fā)一種類似于生命體系中尺寸變大而力學(xué)性能增強(qiáng)的水凝膠，十分有趣卻充滿挑戰(zhàn)。
為此，上述研究團(tuán)隊(duì)提出通過一種簡單的二次平衡法制備了一系列溶脹卻力學(xué)性能增強(qiáng)的水凝膠材料。
為探究該水凝膠體系中溶脹且力學(xué)性能增強(qiáng)的行為，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步系統(tǒng)研究了初始水凝膠在金屬鹽溶液中的透析時(shí)間及鹽溶液濃度對其物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明這兩種因素均會(huì)顯著影響水凝膠多相微結(jié)構(gòu)重構(gòu)及溶脹且力學(xué)性能增強(qiáng)的行為。
李學(xué)鋒介紹，隨著透析時(shí)間增加，水凝膠樣品的體積先迅速增大，然后經(jīng)歷一段較緩慢的降低，最后趨于穩(wěn)定，這一過程持續(xù)數(shù)月。在這個(gè)緩慢的透析過程中初始水凝膠網(wǎng)絡(luò)的多相微結(jié)構(gòu)尺寸先顯著降低，后緩慢變大，最后趨于與初始水凝膠相似的微結(jié)構(gòu)尺寸。
相似地，隨著金屬鹽溶液濃度的增加，水凝膠的體積先快速增加，然后緩慢降低。盡管最終得到的水凝膠體積明顯“長大”，其力學(xué)性能卻顯著增強(qiáng)。這項(xiàng)研究為聚電解質(zhì)水凝膠網(wǎng)絡(luò)在金屬離子溶液中的行為提供了新見解。
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