| 新聞直報(bào)員供求信息會(huì)員 |
伸長(zhǎng)率1710%！?冷凍澆注輔助溶液置換制備強(qiáng)韌導(dǎo)電有機(jī)水凝膠
文章來(lái)源：新材料在線 更新時(shí)間：2022-11-17 15:12:46
|
柔性水凝膠在組織工程、藥物輸送、儲(chǔ)能、電子柔性等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。對(duì)于電子工程材料的應(yīng)用，水凝膠不僅需要具有導(dǎo)電性，還需要具有良好的力學(xué)性能，包括高強(qiáng)度和高韌性。然而，大多數(shù)水凝膠的拉伸強(qiáng)度通常在1兆帕以下，而且很容易斷裂。同時(shí)，水凝膠還需要滿足進(jìn)一步的要求，如寬工作溫度范圍、抗變形、自愈合能力等。以便在關(guān)鍵條件下運(yùn)行。因此，制備具有多功能的強(qiáng)韌導(dǎo)電性水凝膠仍然是現(xiàn)有材料體系面臨的挑戰(zhàn)。高強(qiáng)度、高韌性和高導(dǎo)電性是柔性電子產(chǎn)品最受歡迎的特性之一。然而，現(xiàn)有的工程材料很難同時(shí)獲得優(yōu)異的力學(xué)性能和高的導(dǎo)電性。
為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，來(lái)自新加坡國(guó)立大學(xué)的學(xué)者提出了一種簡(jiǎn)單而通用的策略，通過冷凍澆注輔助溶液置換(FASS)來(lái)制備超韌性導(dǎo)電有機(jī)水凝膠。這種FASS策略使有機(jī)水凝膠能夠一步形成，具有精致的各向異性分層結(jié)構(gòu)，以及跨多個(gè)長(zhǎng)度尺度的協(xié)同增強(qiáng)和增韌等。作為一種典型材料，溶劑含量高達(dá)87wt%的聚乙烯醇有機(jī)水凝膠具有高強(qiáng)度(6.5MPa)、高伸長(zhǎng)率(應(yīng)變1710%)、超高韌性(58.9 mJ m−3)和高離子電導(dǎo)率(高達(dá)6.5 S m−1)和良好的應(yīng)變敏感性。PVA有機(jī)水凝膠具有優(yōu)異的機(jī)械性能和導(dǎo)電性，是一種很有前途的柔性電子材料。此外，F(xiàn)ASS策略還可以賦予水凝膠多種功能，包括熱愈合、耐凍性和形狀恢復(fù)，并可應(yīng)用于各種水凝膠材料，如羧甲基纖維素、海藻酸鈉和殼聚糖。因此，這項(xiàng)工作為制備先進(jìn)的強(qiáng)韌導(dǎo)電軟材料提供了一種全面的解決方案，適用于多種應(yīng)用。相關(guān)文章以“Strong and Tough Conductive Organo-Hydrogels via Freeze-Casting Assisted Solution Substitution”標(biāo)題發(fā)表在Advanced Functional Materials。
圖 1.A）PVA有機(jī)水凝膠（FC-EtFe）冷凍鑄造輔助溶液替代（FASS）策略示意圖。B）FC-EtFe沿A）水平和B）垂直方向的微觀橫截面的示意圖和SEM圖像。C）非常靈活，堅(jiān)固和堅(jiān)韌的有機(jī)水凝膠的光學(xué)圖像，可以壓縮，折疊，打結(jié)，并用于將20公斤的水桶裝成一小塊。
圖 2.A）一次凍融水凝膠（FC-1T），B）五次重復(fù)凍融水凝膠（FC-5T），C）乙醇取代的有機(jī)水凝膠（FC-Et）和D）乙醇氯化鐵溶液取代的有機(jī)水凝膠（FC-EtFe）的微觀形態(tài)，包括i，ii）冷凍干燥水凝膠的SEM圖像和iii）濕水凝膠的共聚焦圖像。E）X射線衍射（XRD）圖譜，F(xiàn)）差示掃描量熱（DSC）曲線和G）計(jì)算水凝膠的結(jié)晶度值。
圖 3.水凝膠的機(jī)械性能。A）水凝膠的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線（水凝膠從垂直方向拉伸，其中FC-EtFe有機(jī)水凝膠在垂直和水平方向上進(jìn)行測(cè)試）。B）總結(jié)水凝膠的楊氏模量、拉伸強(qiáng)度、均勻應(yīng)變和斷裂能。C）缺口和未缺口水凝膠的剪切應(yīng)力-應(yīng)變曲線（缺口樣品的均勻應(yīng)變用符號(hào)“▼”標(biāo)記）。D） 單缺口樣品的插圖和單缺口 FC-EtFe 樣品被拉伸的照片。E）計(jì)算水凝膠的韌性。F） 分別在第1、10 800和64 800次拉伸處進(jìn)行循環(huán)拉伸試驗(yàn)的照片。
圖 4.FC-EtFe有機(jī)水凝膠的多功能特性.A）FC-EtFe有機(jī)水凝膠在拉伸，切斷和熱愈合時(shí)分別連接在電路中的照片。相對(duì)電阻變化 （ΔR/R0） 與沿 B） 水平和 C） 垂直方向的拉伸應(yīng)變的關(guān)系。D）FC-EtFe在重復(fù)應(yīng)變載荷下的相對(duì)電阻變化，通過I）拉伸，II）壓縮，III）扭曲，以及IV，V）手指彎曲和VI）拳頭扣合的重復(fù)人體運(yùn)動(dòng)的測(cè)量。
圖 5.本研究中FC-EtFe PVA有機(jī)水凝膠與其他韌性導(dǎo)電（有機(jī)）水凝膠的比較圖為A）強(qiáng)度與應(yīng)變。B）韌性與強(qiáng)度。C）韌性與應(yīng)變。D）電導(dǎo)率與韌性。
本文報(bào)道了一種冷凍鑄造輔助溶液置換(FASS)的綜合策略，用于層次化結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌導(dǎo)電有機(jī)水凝膠。FASS策略同時(shí)賦予了有機(jī)水凝膠優(yōu)異的力學(xué)性能和一步多功能化。與常規(guī)凍融PVA水凝膠相比，F(xiàn)C-ETFE有機(jī)水凝膠的彈性模量、強(qiáng)度、延展性、抗疲勞性均有顯著提高，尤其是韌性提高了423倍以上。此外，有機(jī)水凝膠還結(jié)合了多種功能，包括高應(yīng)變敏感性、可調(diào)導(dǎo)電性、熱治性、耐凍性和形狀可恢復(fù)性。這種超強(qiáng)、超韌的導(dǎo)電有機(jī)水凝膠作為柔性電子產(chǎn)品的關(guān)鍵工程材料前景看好，能夠在極端條件下使用。此外，F(xiàn)ASS策略還可以進(jìn)一步應(yīng)用于其他材料系統(tǒng)，導(dǎo)致在組織工程、能量存儲(chǔ)和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用中具有強(qiáng)大而堅(jiān)韌的機(jī)械性能和可調(diào)的多功能。 |
相關(guān)新聞
- [2024-06-28]·湖北宜化擬公開掛牌轉(zhuǎn)讓降解新材
- [2024-06-28]·廣信股份公開一項(xiàng)聚氨酯農(nóng)藥微膠
- [2024-06-28]·伊之密與海爾再度攜手，共筑智能
- [2024-06-28]·全球首列！更輕更節(jié)能的碳纖維地
- [2024-06-28]·稀土紅外反射中空隔熱聚酰胺纖維
- [2024-06-28]·盛禧奧在意大利開設(shè)PMMA先進(jìn)回收
- [2024-06-28]·APS Elastomers推出新的耐高溫T
- [2024-06-28]·杜邦FROTH-PAK?環(huán)保型低壓雙組
- [2024-06-27]·科學(xué)家創(chuàng)制出無(wú)疲勞鐵電材料?有
- [2024-06-27]·亞納米尺度全暴露Pt團(tuán)簇高效催化
主辦單位：山東省化工情報(bào)信息協(xié)會(huì)
山東省濟(jì)南市文化東路80號(hào)郵編：250014電話：0531—86399950、86399980、86399990傳真：0531—86399186
山東化工網(wǎng)在線交流：
Copyright(C)山東省化工情報(bào)信息協(xié)會(huì) 版權(quán)所有 備案號(hào)：魯ICP備2021036540號(hào)
山東省濟(jì)南市文化東路80號(hào)郵編：250014電話：0531—86399950、86399980、86399990傳真：0531—86399186
山東化工網(wǎng)在線交流：
Copyright(C)山東省化工情報(bào)信息協(xié)會(huì) 版權(quán)所有 備案號(hào)：魯ICP備2021036540號(hào)
魯公網(wǎng)安備 37010202001033號(hào)