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南科大劉吉/哈工深何思斯《Small》:利用仿生界面礦化實現(xiàn)強水凝膠粘附
2022-07-11  來源:高分子科技

  近年來,水凝膠已廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)和柔性電子產(chǎn)品中,而在這些應(yīng)用場景中,水凝膠與各類基底或設(shè)備的界面粘附是必不可少的。盡管研究人員已經(jīng)開發(fā)了各類水凝膠粘附策略,但通過簡單而高效的方法構(gòu)筑穩(wěn)定高效的水凝膠粘附界面仍然具有一定的挑戰(zhàn)性。近日,南科大劉吉/哈工深何思斯在《Small》上發(fā)表文章《Robust Hydrogel Adhesion by Harnessing Bioinspired Interfacial Mineralization》,報道一種簡單而廣譜性的策略,實現(xiàn)水凝膠與多種基底材料的強粘附,界面剪切力提高達50倍。該策略廣泛應(yīng)用于各種水凝膠和各種基材(水凝膠和剛性基底,如玻璃、鋁、PET、尼龍和 PDMS)之間構(gòu)建強的界面粘附力。本工作中所報道的具有強界面粘附力的水凝膠,相比于傳統(tǒng)方法獲得的界面粘附力的水凝膠具有強的抗環(huán)境干擾,即使在潮濕條件下界面粘附力也不會受到影響,有望擴展其應(yīng)用范圍和提高其應(yīng)用場景下長效穩(wěn)定性。


  受到軟骨-骨關(guān)節(jié)的自然構(gòu)造原理的啟發(fā)(圖1),提出了一種礦化策略,在水凝膠和不同的基質(zhì)之間建立一個堅固的界面。這種方法只需要通過簡單的工藝:首先將離子對中的陽離子和陰離子分別引入水凝膠和基質(zhì)中,隨后當水凝膠與基底接觸時,通過離子擴散和隨后的礦物沉積構(gòu)建仿生礦化過渡層。該策略不僅普遍適用于廣泛的基板和離子對,而且可與各種制造方法兼容。這類水凝膠表現(xiàn)出強的界面粘附力,其剪切強度高達700 N m-1,是沒有界面礦化的對照組(14 N m-1)的50倍。


圖1. 具有強的水凝膠粘附力的仿生原理,制備過程、界面剪切力性能、實物展示和微觀結(jié)構(gòu)表征。


  如圖2所示,該策略在單電極摩擦納米發(fā)電機 (TENG) 的應(yīng)用中得到進一步證明,通過界面礦化在TENG裝置中實現(xiàn)堅固的彈性體/離子水凝膠界面,在200個周期的接觸/分離過程中,能夠確?煽康男盘柹珊洼敵觯C實了堅固界面對穩(wěn)定性能的作用。與此形成鮮明對比的是,對照樣品中的TENG的VOC逐漸降低,這源于水凝膠/彈性體混合體的局部分層,阻礙了電荷運輸。 


圖2. 具有強的水凝膠粘附力水凝膠在壓電器件應(yīng)用場景長期穩(wěn)定性驗證。


  南方科技大學(xué)博士后張俊博士為該論文第一作者,劉吉副教授/何思斯副教授為共同通訊作者。該研究得到國家自然青年科學(xué)基金項目、深圳市仿生機器人與智能系統(tǒng)重點實驗室、廣東省普通高校人體增強與康復(fù)機器人重點實驗室、深圳市基礎(chǔ)研究(面上項目)等經(jīng)費支持。


  論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202201796

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招聘信息


  劉吉課題組長期招聘研究助理教授、博士后和研究助理,有意者請將個人簡歷(pdf)等相關(guān)材料發(fā)送至liuj9@sustech.edu.cn郵件標題請注明姓名+畢業(yè)學(xué)校+應(yīng)聘職位,期待您的加盟!


  劉吉副教授及團隊簡介:劉吉博士于2019年9月加入南方科技大學(xué)獨立建組,任博士生導(dǎo)師。主要研究領(lǐng)域為軟材料的極限性能設(shè)計、仿生軟材料、界面粘合、軟材料3D打印以及功能軟材料在組織工程上的應(yīng)用等。近年來,在Science Advances,Nature Communications,PNAS,Advanced MaterialsAdvanced Functional Materials等期刊上發(fā)表文章40余篇。先后獲得國家級青年人才項目(2020)、《麻省理工科技評論》中國區(qū) “35歲以下科技創(chuàng)新35人” (2020)、珠江人才引進高層次人才青年項目(2020)、深圳市海外高層次人才(2020)、日本高分子協(xié)會青年學(xué)者獎(2017)、瑪麗居里學(xué)者(2015)等榮譽。


  課題組更多信息請看:http://faculty.sustech.edu.cn/liuj9/


  何思斯課題組長期招聘研究博士后和研究助理,有意者請將個人簡歷(pdf)等相關(guān)材料發(fā)送至hesis@hit.edu.cn郵件標題請注明姓名+畢業(yè)學(xué)校+應(yīng)聘職位,我們期待您的加盟!


  何思斯副教授及團隊簡介:何思斯博士于2021年1月加入哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)獨立建組,任博士生導(dǎo)師。主要研究領(lǐng)域為納米材料、柔性器件、纖維器件的制備在傳感、能源方向的應(yīng)用等。近年來,在Materials Science and Engineering: R: Reports Advanced Materials,Angewandte Chemie International Edition,Advanced Energy Materials等期刊上發(fā)表文章40余篇,,其中以第一作者/通訊或共同一作/通訊身份發(fā)表論文22篇,Google Scholar 引用超過3000次,H因子30,論文總因子大于800,F(xiàn)擔(dān)任Scientific reports 期刊編委。


  課題組更多信息請看:http://faculty.hitsz.edu.cn/hesisi
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