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水凝膠是具有高含水量的聚合物網(wǎng)絡(luò)，其因出色的組合特性被廣泛應(yīng)用于可穿戴離子/電子設(shè)備、軟機器人、組織工程、藥物輸送、光纖和3D打印材料等。水凝膠的壽命和耐用性取決于其在可變機械載荷下的抗斷裂能力。然而，由純化學(xué)或物理交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的傳統(tǒng)水凝膠在可變機械載荷下容易斷裂。因此，具有強大機械強度、優(yōu)異變形性、抗溶脹性能和自愈性能的水凝膠網(wǎng)絡(luò)是理想選擇，它們能夠在應(yīng)用過程中耗散能量并保持結(jié)構(gòu)完整性。

近日，四川大學(xué)譚帥副教授團隊開發(fā)了一種強酸輔助訓(xùn)練聚丙烯酸鈉水凝膠的一般策略。通過將聚丙烯酸鈉水凝膠浸入4 M H₂SO₄溶液中，強酸溶液會促使聚丙烯酸鈉網(wǎng)絡(luò)逐漸轉(zhuǎn)化為聚丙烯酸網(wǎng)絡(luò)，從而形成豐富的動態(tài)氫鍵相互作用。氫鍵作用賦予了酸浸泡的聚丙烯酸鈉水凝膠出色的抗溶脹和自愈性能，并顯著提升了其機械性能。

經(jīng)過循環(huán)機械拉伸/釋放訓(xùn)練后，含酸水凝膠由外到內(nèi)逐步實現(xiàn)了聚丙烯酸鈉網(wǎng)絡(luò)到聚丙烯酸網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變。酸輔助機械訓(xùn)練進一步改善水凝膠機械性能，經(jīng)過完全訓(xùn)練的水凝膠，其楊氏模量、斷裂應(yīng)力和斷裂韌性較初始的聚丙烯酸鈉水凝膠分別提高了187.6倍、35.6倍和5.4倍。此外，水凝膠的酸輔助訓(xùn)練策略可以通過NaOH中和可逆地回收，并且該方法在聚丙烯酸鈉水凝膠網(wǎng)絡(luò)中具有普適性。

該研究為聚丙烯酸鈉水凝膠的改性提升提供了一種新的思路和方法，加深了對水凝膠拓撲結(jié)構(gòu)的理解，為水凝膠在柔性電子器件、軟體機器人、組織工程等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的方法。

論文信息

Strong Acid Enabled Comprehensive Training of Poly (Sodium Acrylate) Hydrogel Networks

Baibin Yang,?Caihong Wang,?Qiannan Yu,?Peipei Ma,?Qiang Zhao,?Yong Wu,?Kui Ma,?Shuai Tan

Angewandte Chemie International Edition

DOI:?10.1002/anie.202406407

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