作者:周峰等 来源:《先进功能材料》 发布时间:2022/1/10 17:04:50
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湿黏附软物质材料研究取得新进展

 

水凝胶作为一种具备多维应用潜能的高分子材料,因其高含水量、可控的力学性能、优异的渗透性、良好的生物相容性和类组织性等优点,被广泛应用于不同领域,特别是在含水环境中,如组织工程、植入电子设备和水下软体机器人等,通常需要水凝胶黏附于基底表面。然而,水凝胶的高含水量和聚合物网络的高亲水性,使其在湿环境中与接触表面之间很难实现有效的黏附。因此,迫切需要建立一种新策略来改变水凝胶在湿环境中的黏附性能。

中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室周峰研究员课题组提出了一种逆转水凝胶黏附性能的新策略。通过将更加成熟的湿黏附剂与水凝胶结合,基于表面湿黏附涂层修饰的方法,赋予了水凝胶高黏附强度和可多次重复的黏附性能。此外,该方法还可实现其他含儿茶酚基团功能聚合物在PVA水凝胶表面的修饰,如疏水功能改性。研究成果以“Reversing Hydrogels Adhesion Property via Firmly Anchoring Thin Adhesive Coatings” 为题发表在Advanced Functional Materials上。兰州化物所冯海燕博士生为论文第一作者,周峰研究员、麻拴红副研究员和马延飞助理研究员为通讯作者。

图1. 黏附水凝胶的制备流程及机理

图2. 水凝胶表面薄的黏附功能涂层

由于空间位阻的限制,大量的修饰分子集中锚固于凝胶表面。因此,制备的功能涂层具有较薄的厚度和良好的结合,能承受多次磨耗测试。同时,薄的黏附修饰层也为结构水凝胶的改性提供了可能。该方法还可实现水凝胶表面的不对称功能化,改性后的水凝胶表现出良好的不对称黏附性和润湿性。

图3. 水凝胶的非对称功能改性

该工作为水凝胶的湿黏附和不对称功能改性提供了新策略,同时,也提供了一种思路,即基于表面修饰,将水凝胶在含水环境中“弱”黏附难题交给高性能的湿黏附剂去克服。

此外,基于该方法研究人员成功制备了一种具有不对称功能的自清洁黏附贴片。该贴片具有良好的水下防污性能,能够同时实现原油和海洋生物的污损自清洁,还具有优异的水下黏附性能和高透光率。该材料在海洋光学设备防污和自清洁方面具有潜在的应用前景。研究成果以“Transparent Janus Hydrogel Wet Adhesive for Underwater Self Cleaning”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。兰州化物所冯海燕博士生为论文第一作者,周峰研究员、于波研究员和王睿助理研究员为通讯作者。

图4. 可黏附水凝胶用于水下自清洁

以上工作得到了国家自然科学基金项目、科院先导B培育项目和科院青年创新促进会等的支持。(来源:中国科学院兰州化学物理研究所)

相关论文信息: 

https://doi.org/10.1002/adfm.202111278

https://doi.org/10.1021/acsami.1c12696

 
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