湖北工大《AFM》：协同效应获得强韧的聚两性水凝胶！

作为一种重要的软材料，聚合物水凝胶是由含有大量水的三维聚合物网络组成的。由于其独特的固液结合特性，水凝胶受到了组织工程、柔性电子学和软机器人等领域的广泛关注。尽管存在于生物体系中，但开发由离子键和金属-配体键构成的合成聚两性电解质(PA)水凝胶仍然具有挑战性。来自湖北工业大学等单位的研究人员，提出了一种简单的二级平衡方法，通过离子键和金属配位键的协同作用来制备强韧的PA水凝胶。相关论文发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202103917

最初的PA凝胶(由离子键构成)首先在多价金属离子溶液中透析以达到溶胀平衡，然后移动到去离子水中透析多余的自由离子以达到新的平衡。通过这种方法，可以优化原始的PA凝胶网络，并最终通过离子键和金属-配体键构建，从而实现协同增强。通过选择不同的原始PA凝胶体系和不同的多价金属离子，证明所提出的方法具有通用性，可以制备出强韧的PA凝胶。此外，这种水凝胶即使在水平衡状态下也具有稳定的离子导电性，这使得它们很有希望成为应变传感器。还讨论了粘弹性模型对水凝胶力学性能的粘弹性和弹性贡献，以进一步了解水凝胶的增强增韧机理。所提出的策略简单，但对于获得强韧的聚酰胺基水凝胶是有效的。这项研究也为电解质环境下的PA水凝胶提供了新的见解。

图1.强韧聚两性树脂的设计和制造示意图

图2.ASP-PA凝胶、WEQ-PA凝胶、ASP-PA-Fe³⁺凝胶和WEQ-PA-Fe³⁺凝胶样品的溶胀动力学、结构和力学比较。

图3. PA水凝胶在含有不同的氯化亚铁溶液中的溶胀行为和红外光谱。

图4.WEQ-PA-Fe³⁺水凝胶样品在含有不同的氯化亚铁溶液中的拉伸和撕裂行为

图5.WEQ-PA-Fe³⁺水凝胶的自我恢复和抗疲劳行为

图6.含有不同的C_FeCl3的WEQ-PA-Fe³⁺水凝胶样品的拉伸行为

图7.WEQ-PA-Mn⁺水凝胶样品的拉伸性能

图8.WEQ-PA-Fe³⁺水凝胶作为应变传感器的演示。

图9.WEQ-PA-Fe³⁺水凝胶样品与不同的C_FeCl3水凝胶样品的门尼-里夫林曲线及相应的导数曲线。

图10.含有不同的C_FeCl3的WEQ-PA-Fe³⁺水凝胶样品中的粘弹性和弹性贡献。

在这项工作中，开发了一种简单的二级平衡方法，通过离子键和金属配体键的协同作用来制备强韧的PA水凝胶。在这种方法中，原PA凝胶首先在多价金属离子溶液中透析以达到溶胀平衡，然后转移到去离子水中透析过量的游离离子以达到新的平衡。通过这种方法，可以优化原有的PA网络，并最终以离子键和金属-配体键构建PA网络。本文还利用粘弹性模型讨论了粘弹性和弹性对水凝胶力学性能的贡献，以进一步了解水凝胶的增强增韧机理。该方法简单易行，效果好，可普遍应用于制备强韧的PA基水凝胶。同时，本工作也为电解质环境下的PA基凝胶提供了一些启示。（文：SSC）