四川大學金勇教授課題組 CEJ：低熵罰多層級相分離策略構筑柔而強的水凝膠
2025-03-06 11:14:10
作者：高分子科技 來源：高分子科技
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與天然材料相比，傳統的合成凝膠因受限于松散和不均勻的網絡結構及結構層級的缺失，通常使得其低模量與高強度不能兼得。因此，如何調和合成凝膠中低模量和高強度之間的固有沖突仍是一項極其富有挑戰的任務。
近日，四川大學金勇教授團從熱力學角度出發，在結晶水凝膠中引入另一種與之不相容的軟相域結構來代替一些結晶硬域以減少熵罰（構象熵損失），從而構筑了一種柔而強的水凝膠。兩種不同的相域結構可以為聚合物網絡賦予多層級物理交聯結點，在初始變形過程中，弱的軟域會首先解離和坍塌，賦予水凝膠低模量；在較大變形過程中，強的硬域抵抗外部應力的沖擊和集中來維持聚合物網絡的完整，以確保其具有較高強度，最終有效調和了傳統合成凝膠中低模量與高強度之間的沖突。
圖1. 基于低熵罰多層級相分離策略構筑柔而強的水凝膠的示意圖
該研究成果以題為“A low-entropy-penalty hierarchical multiphase design for soft yet strong hydrogels”在《Chemical Engineering Journal》上發表，第一作者為四川大學輕工科學與工程學院博士生周榮，金勇教授為本論文的通訊作者。該項研究也得到了國家自然科學基金及四川省科技支撐計劃等項目的資助。此外， 該團隊近年來圍繞水凝膠、離子凝膠、聚氨酯等基材也開發了多種特色功能材料（Polymer 2025, 317, 127949; Chem. Eng. J. 2024, 498, 155505;Adv. Funct. Mater. 2024, 2316687; Chem. Eng. J. 2024, 482, 148994; Chem. Eng. J. 2023, 476, 146840; Adv. Funct. Mater. 2023, 2301921; Chem. Eng. J. 2023, 456, 141082; ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15, 35469-35482; ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 39120-39131; Nano Energy 2022, 104, 107962; Chem. Eng. J. 2022, 438, 135596; J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 23916–23928）。
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