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吉林大學(xué)宋文龍教授課題組和中科院理化所王樹濤研究員合作在智能潤滑水凝膠領(lǐng)域取得進(jìn)展
2020-12-25  來源:高分子科技

  超分子水凝膠在構(gòu)建智能材料方面顯示出前所未有的潛力,如優(yōu)異的響應(yīng)潤滑性、自愈合性、高力學(xué)強(qiáng)度和生物相容性等。更有趣的是超分子水凝膠的非共價(jià)網(wǎng)絡(luò)使其在外界刺激條件下具有凝膠-溶膠轉(zhuǎn)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(diǎn),吉林大學(xué)超分子結(jié)構(gòu)與材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的宋文龍教授和中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所仿生材料與界面科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的王樹濤研究員合作提出了一種構(gòu)筑新型智能潤滑材料的設(shè)計(jì)策略,稱之為半轉(zhuǎn)換水凝膠(Semi-convertible hydrogel)。它由兩部分組成:一是具有刺激響應(yīng)的超分子網(wǎng)絡(luò);另一部分是提供穩(wěn)定力學(xué)支撐的框架。作為驗(yàn)證,作者選擇聚乙烯醇和聚丙烯酰胺互穿網(wǎng)絡(luò)作為力學(xué)支撐的框架,阿爾法環(huán)糊精和聚乙二醇非共價(jià)超分子網(wǎng)絡(luò)和競(jìng)爭性客體偶氮衍生物作為光響應(yīng)因素,復(fù)合形成光響應(yīng)半轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換,在表面形成潤滑層從而實(shí)現(xiàn)潤滑調(diào)控,同時(shí)共價(jià)的聚合物網(wǎng)絡(luò)使整個(gè)水凝膠保持在凝膠態(tài)。


圖1 光響應(yīng)半轉(zhuǎn)換水凝膠的潤滑機(jī)制。


  水凝膠在紫外和可見光輻照后的摩擦測(cè)試結(jié)果表明其具有顯著的光響應(yīng)性,且在5個(gè)輻照循環(huán)后仍顯示出良好的可逆性。通過光學(xué)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(yīng)過程中,該半轉(zhuǎn)換水凝膠在可見光輻照后的儲(chǔ)能模量G’低于紫外照射后的存儲(chǔ)模量G’,這種力學(xué)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(fù)性。這可能是由水凝膠中超分子網(wǎng)絡(luò)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(zhuǎn)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(jìn)一步說明紫外輻照后水凝膠的力學(xué)強(qiáng)度高于可見光輻照后的強(qiáng)度。作者們相信這種半轉(zhuǎn)換水凝膠的設(shè)計(jì)概念才剛剛起步,會(huì)顯示出遠(yuǎn)超潤滑的一些更有前景的可能應(yīng)用,將發(fā)展成為集超分子化學(xué)、水凝膠和表面科學(xué)于一體的跨學(xué)科材料體系的一個(gè)新興分支。


圖2光響應(yīng)半轉(zhuǎn)換水凝膠可逆性。


  以上成果發(fā)表在cell Press細(xì)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

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