陕科大张慧洁/游翔宇AFM: 具有超强硬度、韧性和传感能力的先进木质素水凝胶

水凝胶因其三维聚合物网络和高含水量而闻名，被广泛应用于农业、组织工程和软电子学等领域。然而，由于水凝胶的韧性和刚度之间存在反比关系，如何平衡这两种特性仍然是一项重大挑战。本研究采用溶剂交换法开发了一种由木质素/聚（N,N-二甲基丙烯酰胺）（PDMA）和海藻酸钠/Ca2⁺ (SA/Ca2⁺)组成的双网络水凝胶。这种水凝胶具有多级能量耗散结构，因此刚度和韧性都很高。具体来说，DL/S0.1Ca0.5水凝胶表现出令人印象深刻的机械性能，包括3.7 MPa的拉伸应力、1100%的拉伸应变和 8.7 MPa的拉伸模量，以及97,000 J m−2的显著高韧性和25 MJ m−3的延伸功。此外，这种材料还具有优异的抗断裂和抗碰撞性能、19.7 S m−1的出色导电性以及高达7.78的测量系数和高应变敏感性。这些特点凸显了它在极限运动保护和可穿戴传感器方面的应用潜力，是多功能水凝胶开发领域的一大进步。

图文简介

木质素基水凝胶双网络结构的合成路线及示意图

a-c ) DL/SxCa0.5和d-f ) DL/S0.1Cay水凝胶的拉伸曲线、拉伸应力、弹性模量、断裂能和含水量。g )不同水凝胶样品的拉伸曲线比较；h )各种水凝胶的断裂能和弹性模量；I )各种水凝胶的拉伸和弹性模量的工作。

DL/S0.1Ca0.5在不同应变下的循环拉伸曲线a )没有等待时间，b-g )具有等待时间依赖性；h ) DL/S0.1Ca0.5的磁滞损耗和磁滞比；I ) DL/S0Ca00和DL/S0.1Ca0.5的储能模量( G′)和损耗模量( G″)的频率依赖性，以及j ) Tanδ；k )抗破裂试验和l )碰撞保护试验的图像。

DL/S0.1Ca0.5水凝胶的应变传感性能

论文信息

通讯作者：Hui Jie Zhang,Xiangyu You