上海交通大学陈玉洁/李华团队《AFM》:水凝胶玩出新花样,可以用于信息加密与

2021年04月07日13:30:13 交通新闻网 135 views 交通新闻网
摘要

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  导电水凝胶由于其特定的固体和液体状结构的协同优势,已被用作可穿戴设备和电子皮肤,并不断的引起广泛的研究兴趣。在各种类型的导电水凝胶中,基于离子的导电水凝胶可以通过离子导电路径的变化表现出有效的应变传感,并且它们通常是透明的,这允许光学性能变化的可视化。然而,在最近报道的离子导电水凝胶中,缺乏对高度透明水凝胶的光学性质的广泛研究和实际应用。尽管一些研究涉及到具有不同功能的各种导电水凝胶的制备,但大多数只关注其稳定的导电性、高灵敏度和组织状结构,而忽略了这些多功能水凝胶的透明性。

  高度透明的导电水凝胶是研究从透明到混浊的光学性质变化的潜在候选物,上海交通大学陈玉洁/李华团队等人创新性地将离子导电水凝胶的透明性与有机水凝胶中疏水聚合物链引起的抗溶胀和宏观变化现象结合起来,制备了在多种环境中具有优异的机械性能和独特的行为(信息识别和加密)和机械感测的离子有机水凝胶,并研究了它们的潜在应用。相关工作以“Ionic Conductive Organohydrogels with Dynamic Pattern Behavior and Multi-Environmental Stability ”于近期发表在Advanced Functional Materials上,引起了广泛的关注。

  

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  制备的有机水凝胶的结构示意图和机理性能图

  文章亮点:

  1. 通过在二元溶剂体系(水和二甲基亚砜溶液)中引入共价交联的疏水链(MEA)和亲水链(丙烯酸,AA),设计并制备了离子导电有机水凝胶,该水凝胶在多种环境(水和油以及干旱和结冰条件下)中表现出优异的机械性能、信息识别行为(信息读取、写入和加密)和突出的机械敏感性能。在宏观尺度上,由于亲水链段和疏水链段在不同溶剂中的状态不同,有机水凝胶在水中迅速由透明变为混浊,形成可见的微相分离和疏水缔合。根据可变和可调节的光学性质,有机水凝胶可以实现信息读取、写入和进一步加密的功能应用。

  

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  水凝胶透光性变化

  

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  信息存储

  2. 由于双重网络结构和动态金属-羧基相互作用,水凝胶可以拉伸到864%,最大应力为83.6Kpa。基于二甲基亚砜和水之间的协同作用,有机水凝胶具有优异的抗冻性(-90℃至20℃)和显著的保湿性(15天后为76%)。该有机水凝胶具有高应变传感能力,灵敏度高且范围广,可应用于人体运动检测和生理信号监测,此外,它还可以在冰冻和干旱条件下以及在油和水环境中保持稳定的机械传感性能,有望应用于恶劣环境,如寒冷的冬天、沙漠、水下和石油勘探。

  

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  水凝胶机械性能

  来源:高分子科学前沿

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