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曲阜師大陳威/李楠、齊魯工大吉興香/于得海 IJBM:纖維素基共析凝膠
2024-05-01  來源:高分子科技

  共析凝膠是近年來在凝膠家族中出現(xiàn)的一類新型軟材料其由交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)和低共熔溶劑(DESs)組成。得益于DESs固有的低熔點、高導(dǎo)電性、弱揮發(fā)性和低成本,共析凝膠在人機界面、可穿戴器件類的生物電子材料方面具有不可估量的前景。隨著石油危機日趨嚴重和“綠色發(fā)展”理念的持續(xù)推進,纖維素憑借其可再生、無毒、可生物降解、生物相容性好等諸多優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)電凝膠中。將低共熔溶劑與生物質(zhì)材料纖維素結(jié)合制備具有優(yōu)異性能的共析凝膠具有很高的價值。


  基于上述背景,曲阜師范大學陳威副教授李楠副教授和研究生馬靜聯(lián)合齊魯工業(yè)大學(山東省科學院)生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室吉興香教授于得海副教授設(shè)計了一種無毒低成本的纖維素基共析凝膠(DES?cellulose?based eutectogels)。纖維素經(jīng)金屬鹽水合物基低共熔溶劑(ZnCl2/H2O/H3PO4 DES)溶解后加入丙烯酰胺經(jīng)光化學誘導(dǎo)自由基聚合形成凝膠。在此體系中,纖維素促進了致密氫鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的形成,提高了共析凝膠的機械性能,金屬鹽水合物基低共熔溶劑賦予了共析凝膠優(yōu)異的導(dǎo)電性能和抗凍性能,進而豐富了共析凝膠在極端環(huán)境的應(yīng)用。


  該方法制備的纖維素基共析凝膠憑借纖維素與金屬鹽水合物基低共熔溶劑以及聚合物之間豐富的非共價相互作用實現(xiàn)了共析凝膠的高性能和多功能。所得的纖維素基共析凝膠具有多種理想的性能,包括超拉伸性(4086%)、高韌性(261.3 MJ/m3)、優(yōu)異的離子電導(dǎo)率(1.64 S/m, 20 ℃)、高透明度(>85%)和優(yōu)異的抗凍性能(<?80 ℃)等綜合特性。由于該纖維素基共析凝膠的制備過程簡便溫和以及具備優(yōu)異的綜合性能,本研究將為制造適用于惡劣環(huán)境的可持續(xù)、多功能柔性電子器件提供新思路。 


1. 纖維素基共析凝膠的制備過程


 圖2. 纖維素基共析凝膠的導(dǎo)電性能及光學性能


 圖3. 纖維素基共析凝膠的自修復(fù)性能


 4. 纖維素基共析凝膠的抗凍性能


  相關(guān)工作“Transparent, super stretchable, freezing?tolerant, self?healing ionic conductive cellulose based eutectogel for multi?functional sensors”為題發(fā)表在International Journal of Biological Macromolecules上。中國科學院青島生物能源與過程研究所李濱研究員對本研究提供了一定的指導(dǎo)。該工作得到了國家自然科學基金、山東省自然科學基金、齊魯工業(yè)大學(山東省科學院)生物基材料與綠色造紙國家重點實驗室開放基金的支持。


  論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131129

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