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  超分子水凝膠在構建智能材料方面顯示出前所未有的潛力，如優(yōu)異的響應潤滑性、自愈合性、高力學強度和生物相容性等。更有趣的是超分子水凝膠的非共價網(wǎng)絡使其在外界刺激條件下具有凝膠-溶膠轉換的能力。另一方面，液體潤滑劑是改善表面潤滑的重要手段之一。

  基于以上兩點，吉林大學超分子結構與材料國家重點實驗室的宋文龍教授和中國科學院理化技術研究所仿生材料與界面科學重點實驗室的王樹濤研究員合作提出了一種構筑新型智能潤滑材料的設計策略，稱之為半轉換水凝膠（Semi-convertible hydrogel）。它由兩部分組成：一是具有刺激響應的超分子網(wǎng)絡；另一部分是提供穩(wěn)定力學支撐的框架。作為驗證，作者選擇聚乙烯醇和聚丙烯酰胺互穿網(wǎng)絡作為力學支撐的框架，阿爾法環(huán)糊精和聚乙二醇非共價超分子網(wǎng)絡和競爭性客體偶氮衍生物作為光響應因素，復合形成光響應半轉換水凝膠。在可見光的作用下水凝膠發(fā)生部分凝膠-溶膠轉換，在表面形成潤滑層從而實現(xiàn)潤滑調控，同時共價的聚合物網(wǎng)絡使整個水凝膠保持在凝膠態(tài)。

圖1 光響應半轉換水凝膠的潤滑機制。

  水凝膠在紫外和可見光輻照后的摩擦測試結果表明其具有顯著的光響應性，且在5個輻照循環(huán)后仍顯示出良好的可逆性。通過光學照片可以直接觀察到溶膠潤滑層隨光處理循環(huán)的出現(xiàn)和消失。在此光響應過程中，該半轉換水凝膠在可見光輻照后的儲能模量G’低于紫外照射后的存儲模量G’，這種力學性能的變化在UV/Vis輻照循環(huán)中依然表現(xiàn)出良好的重復性。這可能是由水凝膠中超分子網(wǎng)絡在光輻照循環(huán)中組裝和解組裝引起的。另一方面，這種半轉換水凝膠在紫外輻照后的焓值(?H = 21.50 J/g)高于可見光輻照后的焓值(H = 13.45 J/g)，進一步說明紫外輻照后水凝膠的力學強度高于可見光輻照后的強度。作者們相信這種半轉換水凝膠的設計概念才剛剛起步，會顯示出遠超潤滑的一些更有前景的可能應用，將發(fā)展成為集超分子化學、水凝膠和表面科學于一體的跨學科材料體系的一個新興分支。

圖2光響應半轉換水凝膠可逆性。

  以上成果發(fā)表在cell Press細胞出版社旗下期刊Matter (Matter,2021, 4, 1–13)上。

  全文鏈接 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520306676?dgcid=raven_sd_aip_email