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曲阜師大陳威/李楠、齊魯工大吉興香/于得海 IJBM：基于席夫堿鍵和金屬配位交聯(lián)作用的超快自修復(fù)、自黏附、抗凍殼聚糖基共熔凝膠
2024-01-26  來源：高分子科技

  離子導(dǎo)體作為可穿戴和柔性電子材料在人機(jī)交互、運(yùn)動檢測和人工智能等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，大多數(shù)離子導(dǎo)體是由石油基聚合物制備得到，具有不可降解性或低生物降解性，這不可避免地導(dǎo)致了資源枯竭和廢物積累。迄今為止，研究人員已經(jīng)開發(fā)了一系列具有各種理想性能的天然聚合物離子導(dǎo)體，包括高導(dǎo)電性、耐低溫性、出色的自修復(fù)性和黏附性，但將上述性能集中于一種離子導(dǎo)體中仍然是一個挑戰(zhàn)。因此，以可再生、環(huán)保和可持續(xù)的生物質(zhì)基聚合物為基礎(chǔ)，制備具有全方位多功能特性的離子導(dǎo)體具有很高的價值。


  針對上述問題，曲阜師范大學(xué)陳威副教授、李楠副教授和研究生李金燦聯(lián)合齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）生物基材料與綠色造紙國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室吉興香教授、于得海副教授在前期研究的基礎(chǔ)上（Chem. Mater. 2023, 35(18), 7814–7824; ACS Appl. Polym. Mater. 2024, 6(1), 180–191; ACS Appl. Polym. Mater. 2023, 5(12), 9974–9986; ACS Appl. Polym. Mater. 2022, 4(8), 5717?5727; Cellulose, 2020, 27(2), 853–865; J. Mater. Chem. C, 2020, 8(3), 900?908），基于1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物/尿素（AmimCl/urea）共熔離子液體設(shè)計制備了一系列共熔凝膠。通過鐵離子（Fe3+）、原兒茶醛（PA）和殼聚糖（CS）之間的雙動態(tài)鍵交聯(lián)，制備出了CS-PA@Fe共熔凝膠。由于AmimCl/urea共熔離子液體以及雙動態(tài)鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的存在，所得到的CS-PA@Fe共熔凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的離子導(dǎo)電性、超強(qiáng)的抗凍性能、出色的可注射性、良好的黏附性和自修復(fù)能力。


  本研究中AmimCl/urea共熔離子液體能夠提供大量的陰陽離子，使CS-PA@Fe共熔凝膠具有良好的導(dǎo)電性，電導(dǎo)率最高可達(dá)1.7×10-1 mS/cm。此外，將尿素與AmimCl離子液體混合后，大大抑制了AmimCl/urea共熔離子液體的熔點(diǎn)，從而使CS-PA@Fe共熔凝膠具有良好的抗凍性（在-20℃下仍保持穩(wěn)定的柔韌性和離子導(dǎo)電性）。兒茶酚-Fe3+配位鍵和席夫堿鍵的雙動態(tài)鍵交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)不僅改善了共熔凝膠的力學(xué)性能，而且使CS-PA@Fe共熔凝膠具有良好的可注射性、黏附性和自修復(fù)能力。由于采用“一鍋法”制備過程簡單以及具備優(yōu)異的綜合性能，本研究將為下一代多功能可穿戴電子產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)提供新思路。


圖1 CS-PA@Fe共熔凝膠的制備過程


圖2 CS-PA@Fe共熔凝膠的表征及流變學(xué)性質(zhì)


圖3 CS-PA@Fe共熔凝膠的可注射性能及自修復(fù)性能


圖4 CS-PA@Fe共熔凝膠的黏附性能


圖5 CS-PA@Fe共熔凝膠的導(dǎo)電性能


圖6 CS-PA@Fe共熔凝膠的抗凍性能


  本研究以“Schiff Base and Coordinate Bonds Cross-Linked Chitosan-Based Eutectogels with Ultrafast Self?Healing, Self?Adhesive, and Anti?Freezing Capabilities for Motion Detection”為題發(fā)表在International Journal of Biological Macromolecules上。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)基金、齊魯工業(yè)大學(xué)（山東省科學(xué)院）生物基材料與綠色造紙國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金的支持。


  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.128434

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（責(zé)任編輯：xu）
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