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5月29日，記者從湖北工業(yè)大學(xué)獲悉，該校材料與化學(xué)工程學(xué)院微納米及軟物質(zhì)科研團隊李學(xué)鋒教授、黃以萬副教授提出通過一種簡單的二次平衡法，開發(fā)出一系列溶脹卻力學(xué)性能增強的水凝膠材料，其力學(xué)性能優(yōu)于許多已報道的高性能水凝膠，這一研究改變了研究者對水凝膠“溶脹-力學(xué)性能弱化”的普遍認知，為研發(fā)溶脹且增強的水凝膠材料提供一種簡易方法。相關(guān)研究成果日前在《先進功能材料》上發(fā)表。
作為一類十分重要的軟物質(zhì)，高分子水凝膠具有類似于生物軟組織的軟、濕等物理特性，在生物組織工程、藥物輸送、軟體機器人等諸多領(lǐng)域均表現(xiàn)出十分迷人的應(yīng)用前景。
然而，合成高分子水凝膠通常卻并不遵循生命體系中“長大-變強”的自然規(guī)律。當在水或稀溶液中溶脹時，高分子網(wǎng)絡(luò)被稀釋會導(dǎo)致鏈密度降低，合成水凝膠通常表現(xiàn)出與生命體系相反的幾何尺寸-力學(xué)性能關(guān)系，即尺寸變大卻力學(xué)性能弱化現(xiàn)象。
為提高高分子水凝膠的力學(xué)性能，研究者們目前傾向于在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中引入更多的物理或化學(xué)鍵合，增強高分子鏈間的相互作用，實現(xiàn)力學(xué)性能強化目的。
設(shè)計并開發(fā)一種類似于生命體系中尺寸變大而力學(xué)性能增強的水凝膠，十分有趣卻充滿挑戰(zhàn)。
為此，上述研究團隊提出通過一種簡單的二次平衡法制備了一系列溶脹卻力學(xué)性能增強的水凝膠材料。
為探究該水凝膠體系中溶脹且力學(xué)性能增強的行為，該團隊進一步系統(tǒng)研究了初始水凝膠在金屬鹽溶液中的透析時間及鹽溶液濃度對其物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明這兩種因素均會顯著影響水凝膠多相微結(jié)構(gòu)重構(gòu)及溶脹且力學(xué)性能增強的行為。
李學(xué)鋒介紹，隨著透析時間增加，水凝膠樣品的體積先迅速增大，然后經(jīng)歷一段較緩慢的降低，最后趨于穩(wěn)定，這一過程持續(xù)數(shù)月。在這個緩慢的透析過程中初始水凝膠網(wǎng)絡(luò)的多相微結(jié)構(gòu)尺寸先顯著降低，后緩慢變大，最后趨于與初始水凝膠相似的微結(jié)構(gòu)尺寸。
相似地，隨著金屬鹽溶液濃度的增加，水凝膠的體積先快速增加，然后緩慢降低。盡管最終得到的水凝膠體積明顯“長大”，其力學(xué)性能卻顯著增強。這項研究為聚電解質(zhì)水凝膠網(wǎng)絡(luò)在金屬離子溶液中的行為提供了新見解。
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