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【科】无需三昧真火,金刚不坏之身也能重塑:盐焊接水凝胶

2025-02-25  点击:[]

自修复高分子是一种先进智能材料,它在受到损伤后,能自动修复破损部位。这种材料在生活中有很多用处,比如让汽车划痕自己消失,延长电子产品使用寿命等。它的出现减少了因损坏而产生的浪费,对资源节约和产品的安全服役意义重大。高分子科学家在材料中设计一些特殊的化学键作为“连接点”,这些连接点能自动重新“拉手”,把裂开的地方黏回去。这样材料就能自己“治好”小伤口,恢复完整。不过,这些特殊的连接点的强度和修复速率通常是矛盾的,制备高强度而又能快速修复的高分子材料仍然是具有挑战性的问题。

如同哪吒的金刚不坏之身要在三昧真火里定型,为了加快材料的修复,科学家们通常采取高温加热或者光照,这给一些实际应用中的操作带来了不便。最近,宁波大学的研究者发现了一类高分子水凝胶具有“时盐等效”现象(Macromolecules 2024, 57, 2746),它的分子在某些盐的作用下可以加速运动使得材料变得像水一样柔软,在某些盐的作用下又可以凝聚起来使得材料变得像塑料一样坚硬。基于此,研究团队提出了“盐焊接水凝胶”,仅需在室温下的盐溶液中简单浸泡95分钟,就使得水凝胶恢复了23 MPa的断裂强度,超越了同类型材料的修复速率。相关成果发表在Science AdvancesScience Advances 2025, 11, eadr9834)。

该材料(PMHB)通过甲基丙烯酰胺、丙烯酸羟乙酯和硼酸钠共聚而成。研究者通过离子特异性作用(Hofmeister效应)调控水凝胶的力学性能的。当盐的类型从盐溶盐改变成盐析盐后,其杨氏模量增加了近十万倍,体现了巨大范围的力学可调性。盐融化过程中,将盐溶盐施加在水凝胶的断裂表面,促进链在界面上扩散,以及硼酸酯键的重组。在盐固化过程中,盐析盐促进酰胺基的键、聚合物链的聚集和玻璃的形成,最终恢复了材料的力学强度。

研究者通过盐处理赋予了材料抗冲击、耐磨损等多种优异性能。在经过柠檬酸钠处理后,该材料的耐磨表现优于金属钛、接近于特氟龙。在经过硫酸钠处理后,该材料的减震效果优于硅橡胶、D3O等商品化阻尼材料。此外,材料在被破坏后还可以进行修复,其抗冲击和耐磨损性能可以恢复如初。结合其快速修复的特点,该材料有望在人体运动防护、电子设备防护等领域发挥应用潜力。


该成果由色情论坛-福利吧论坛-少妇论坛 赵传壮研究团队联合西安交通大学研究团队联合完成。宁波大学为第一完成单位,色情论坛 2022级硕士研究生贾江鹏为第一作者。赵传壮团队围绕智能高分子材料展开研究,在高分子化学和软物质力学的交叉领域取得了一系列进展,在Science AdvancesAdvanced MaterialsProgress in Polymer ScienceMacromolecules等期刊发表多篇论文。



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