陕西科技大学张慧洁、游翔宇副教授AFM：兼具高模量、超韧性和优异传感能力的木质素基水凝胶

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2024-11-18 07:50

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水凝胶作为含水的交联网络，兼具液体的传质性和固体的弹性，在组织工程、柔性电子、软机械等领域具备应用前景。然而，水凝胶的韧性和刚度往往成反比，如何平衡水凝胶的韧性和刚度，使水凝胶兼具优异的韧性和模量，还能满足复杂的机械载荷要求的水凝胶还存在一定挑战性。

陕西科技大学轻工科学与工程学院张慧洁副教授、游翔宇副教授等利用溶剂交换法开发了一种木质素/聚（N，N-二甲基丙烯酰胺）（PDMA）和海藻酸钠（SA）/Ca²⁺的双交联网络木质素基水凝胶。得益于这种多层次的刚性网络和能量耗散结构，制得的木质素基水凝胶具有8.7 MPa的拉伸模量、97000 J m^-2的断裂能和25 MJ m^-3的拉伸功及接近95%的能量耗散比例，并具有抗穿刺和优异的防撞保护性能。同时，受木质素密集区在形变时对离子通道的挤压作用的影响，该水凝胶在较大应变时表现出优异的应变敏感性，其灵敏系数（GF）为7.78。这种兼具高模量、超韧性和优异传感能力的木质素基水凝胶，在极限运动保护和可穿戴传感器中显示出应用潜力。

图1 双交联网络木质素基水凝胶的合成路径及结构

图2 双交联网络木质素基水凝胶的基本力学性能

图3 双交联网络木质素基水凝胶的结构解析

图4 双交联网络木质素基水凝胶的能量耗散解析

图4 双交联网络木质素基水凝胶的传感性能

该研究以“Advanced Lignin-based Hydrogels with Superior Stiffness, Toughness, and Sensing Capabilities”为题发表于国际顶级期刊Advanced Functional Materials。陕西科技大学硕士研究生李欣鸿为论文的第一作者，陕西科技大学张慧洁副教授、游翔宇副教授为论文的通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和陕西省重点研发项目的资助。

来源：高分子科学前沿

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