韌性水凝膠的機械性能的調(diào)控對組織工程、軟體機器人、傳感器等領(lǐng)域具有重要的意義。深圳大學周學昌課題組近期的研究發(fā)現(xiàn),通過向海藻酸鈣/聚丙烯酰胺(Ca-Alginate/PAAm)韌性水凝膠中引入三價鐵離子(Fe3+),在海藻酸鈣凝膠網(wǎng)絡(luò)中形成第二重離子交聯(lián),可以極大地提高凝膠含鐵部分的彈性模量而改變其拉伸性能,甚至可以“鎖定”已經(jīng)拉伸的部分而阻止其復原。據(jù)此,提出了一種基于預拉伸再“鎖定”的水凝膠可控折疊策略,可以實現(xiàn)了空氣下對韌性水凝膠的快速可控折疊 ( J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 5726-5732;ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 9077-9084.)。
近日,該課題組采用抗壞血酸(俗稱VC)對Fe3+-機械增強的Ca-Alginate/PAAm韌性水凝膠中(模量~1.8 MPa)的Fe3+離子進行了定點還原Fe2+離子,得到了模量較。30-60 kPa)的Fe2+- Ca-Alginate/PAAm區(qū)域。實驗中通過對韌性水凝膠的機械性能進行局部改變,實現(xiàn)了具有軟-硬相嵌結(jié)構(gòu)的韌性水凝膠的拉伸可控變形。結(jié)合預拉伸再“鎖定”的韌性水凝膠折疊策略,預先折疊好的凝膠可經(jīng)過還原快速恢復到非折疊狀態(tài)。另外,預拉伸鎖定的非折疊凝膠,可被逐步定點還原,分步完成特定三維形狀的折疊。該成果發(fā)表在Macromolecular Rapid Communications (2018, DOI: 10.1002/marc. 201800143.)
圖1、基于預拉伸鎖定-局部軟化的凝膠折疊策略。
這種定點還原軟化、逐步釋放預拉伸鎖定的韌性凝膠的策略,將為開發(fā)新的程序化控制形變系統(tǒng)提供了新的思路,并有望進一步擴展到韌性有機凝膠等材料Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201803366.)。該工作得到了國家自然科學基金,深圳市科創(chuàng)委的項目資助。
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Title: Rational Fabrication of Anti-Freezing, Non-Drying Tough Organohydrogels by One-Pot Solvent Displacement
Authors: Fan Chen, Dan Zhou, Jiahui Wang, Tianzhen Li, Xiaohu Zhou, Tiansheng Gan, Stephan Handschuh-Wang, and Xuechang Zhou*
Journal: Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI: 10.1002/anie.201803366.
https://doi.org/10.1002/anie.201803366
Title: Softening and shape morphing of stiff tough hydrogels by locallized unlocking of the trivalent ionically cross-linked centers
Authors: Jiahui Wang, Tianzhen Li, Fan Chen, Dan Zhou, Baijia Li, Xiaohu Zhou, Tiansheng Gan, Stephan Handschuh-Wang, and Xuechang Zhou*
Journal: Macromol. Rapid Comm., 2018, DOI: 10.1002/marc. 201800143.
https://doi.org/10.1002/marc.201800143
Title: Mechanochemical Regulated Origami with Tough Hydrogels by Ion Transfer Printing
Authors: Xiaohu Zhou, Tianzhen Li, Jiahui Wang, Fan Chen, Dan Zhou, Qi Liu, Baijia Li, Jingyue Cheng, Xuechang Zhou,* and Bo Zheng*
Journal: ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, 10, 9077-9084.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b01610
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Authors: Tianzhen Li, Jiahui Wang, Liyun Zhang, Jinbin Yang, Mengyan Yang, Deyong Zhu, Xiaohu Zhou, Stephan Handschuh-Wang, Yizhen Liu, and Xuechang Zhou*
Journal: J. Mater. Chem. B, 2017, 5, 5726-5732.
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/tb/c7tb01265a#!divAbstract
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