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南林陳楚楚課題組 CEJ：高強韌、自修復、可回收與環(huán)境穩(wěn)定的木基低共熔凝膠綠色合成方法
2025-01-08  來源：高分子科技

  低共熔凝膠作為新興的軟材料，在智能傳感和柔性電子領域展現出巨大潛力。不同于容易失水，機械性能弱，環(huán)境穩(wěn)定性差的水凝膠，低共熔凝膠的工作溫度范圍更廣，具有環(huán)境穩(wěn)定性。且低共熔溶劑（DES）作為一種新型綠色溶劑，與高成本和含有有毒成分的離子液體相比表現出較好的生物相容性，同時兼具離子導電性。然而，用綠色的合成方法制備兼具高力學強度以及多功能一體的低共熔凝膠仍是一項挑戰(zhàn)。


  近期，南京林業(yè)大學陳楚楚課題組提出了一種通過太陽光誘發(fā)聚合的綠色制備方法，在不使用任何化學引發(fā)劑和交聯劑的情況下，開發(fā)出三種具有不同特性的木基低共熔凝膠；且表現出優(yōu)異的力學性能（抗拉強度：52.8 MPa）和環(huán)境穩(wěn)定性（在-80℃~200℃下化學穩(wěn)定），超過了目前報道的大多數木基凝膠材料，并同時具備自修復、自粘附、可回收、隔熱和導電等性能優(yōu)勢，有望應用于可穿戴傳感、可回收材料和智能家居建筑等領域。


圖1 木基低共熔凝膠的制備流程與應用示意圖


力學性能


  基于天然木材的各向異性結構，木基低共熔凝膠在沿纖維軸向（L方向）顯現出更高的抗拉強度。其中，制備所得WAAM具有優(yōu)異的抗拉強度，高達52.8 MPa，超過了大多數報道的木基凝膠，同時也表現出較高的韌性（9.38 MJ m-3）。


圖2 木基低共熔凝膠的力學性能


環(huán)境穩(wěn)定性


  環(huán)境不穩(wěn)定性是凝膠材料在應用過程中面臨的最大挑戰(zhàn)之一。木基低共熔凝膠展示出了良好的環(huán)境穩(wěn)定性（在-80℃~200℃下化學穩(wěn)定），耐老化性能，并在不同溫度下仍有具有穩(wěn)定的離子傳遞和電化學穩(wěn)定性。


圖3 木基低共熔凝膠的環(huán)境穩(wěn)定性


WAAM作為智能住宅建材


  木基材料以其良好的承重性能和環(huán)境友好性，在家具和家居裝飾中得到了廣泛的應用。本研究開發(fā)的WAAM具有優(yōu)異的機械性能、環(huán)境穩(wěn)定性、隔熱性能、阻燃性能和自愈功能，可用于智能家居領域。


圖4 WAAM作為智能住宅建材


WAA的黏附性能


  TA@WS和ChCl上羥基之間的氫鍵形成的動態(tài)網絡使WAA具有黏附附性。WAA對不同底物（織物、紙張、橡膠和木材等）均展現出高黏附強度（0.42-1.42 MPa）。WAA的粘附性能和固有的導電性能使其成為柔性傳感器檢測人體運動的理想軟基材料，確保穩(wěn)定的離子電子傳輸和準確的傳感性能。


圖5 WAA的黏附性能


WAM的可回收性能


  WAM具有良好的抗沖擊性和承載能力，且可回收并轉化成PAM水凝膠和纖維素紙張。與普通合成材料在循環(huán)利用中不斷劣化不同，回收得到的纖維素再生紙在重復利用過程中力學性能不斷提高。


圖6 WAM的可回收性能


  該工作以題為“Green synthesis of multifunctional wood-based eutectogels via initiator-free solar polymerization”的論文發(fā)表在期刊《Chemical Engineering Journal》。論文通訊作者為南京林業(yè)大學材料科學與工程學院陳楚楚副教授，該研究受到國家自然科學基金等項目的資助。


  原文鏈接：

  M. You, J. Zhou, Y. Zao, J. Xu, Y. Jin, D. Li, Z. Xu, C. Chen, Green synthesis of multifunctional wood-based eutectogels via initiator-free solar polymerization, Chem. Eng. J., 504 (2025) 158902. 

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.158902

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（責任編輯：xu）
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