華南理工張安強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì) CEJ：基于相分離形成軟硬異質(zhì)結(jié)構(gòu)和陽離子-π相互作用的機(jī)械強(qiáng)韌性防水離子凝膠實(shí)現(xiàn)水下粘附和傳感
2024-08-29 來源：高分子科技
柔性離子導(dǎo)體在未來軟離子電子學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。然而，創(chuàng)造具有機(jī)械穩(wěn)健性，水下粘附性和水下運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)能力的柔性導(dǎo)體仍然存在挑戰(zhàn)。人體中存在各種軟組織，如皮膚、肌腱和韌帶，具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、韌性和彈性，能夠承受數(shù)十至數(shù)百兆帕的應(yīng)力載荷(例如，人類皮膚的抗拉強(qiáng)度為1～32 MPa)。這些天然組織中（結(jié)締組織）存在異質(zhì)結(jié)構(gòu)，如堅(jiān)固的膠原纖維支架，低模量的彈性纖維和柔軟的富水基質(zhì)等。
圖1 圖文摘要
圖2 防水離子凝膠QMBF的設(shè)計(jì)與合成方案
圖3 QMBF的結(jié)構(gòu)和形態(tài)分析
當(dāng)QMBF凝膠受到外力拉伸時(shí)，相分離異質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生特征性的兩相機(jī)械響應(yīng)，剛性域?yàn)?/span>QMBF提供了機(jī)械堅(jiān)固性，柔性域提供了彈性和可拉伸性（圖4）。當(dāng)與水接觸時(shí)，水相中陽離子-π之間發(fā)生自驅(qū)動(dòng)靜電吸引以及疏水鏈段自聚集產(chǎn)生相分離，破壞了QMBF的表面水化層，實(shí)現(xiàn)水下自愈性和水環(huán)境中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性（圖5）。此外，有效的界面排水和網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部陽離子-π、氫鍵和離子-偶極等超分子作用賦予基體的強(qiáng)大內(nèi)聚力，實(shí)現(xiàn)了QMBF與各種底物之間出色的水下粘附性（圖6）。
圖4 QMBF的機(jī)械性能及光譜學(xué)測(cè)試
圖5 QMBF-1/1的水下自愈性及水下穩(wěn)定性
圖6 QMBF-1/1在空氣/水下的粘附表現(xiàn)及黏附機(jī)理。
圖7 QMBF-1/1在空氣中的傳感性能
圖8 QMBF-1/1在水中的傳感性能
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155046
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（責(zé)任編輯：xu）
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