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作者:严涛 来源:明升官网明升体育app报 发布时间:2023/9/7 11:21:49
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科研人员构建“分子阻塞”超分子机制高阻尼凝胶材料

 

近年来,凝胶材料因其灵活可调的力学特性和丰富的功能,受到了各领域研究者的极大关注。然而,凝胶材料往往因溶剂的迁移而具有较低的稳定性,容易溶胀或干燥变形,已经成为制约凝胶材料深入应用的瓶颈难题。尽管已经开发了多种策略来提高凝胶的稳定性,然而,从热力学角度来看,如果凝胶中溶剂的含量偏离了聚合物的平衡溶胀状态,溶剂将不可避免的发生迁移。因此,若要准确控制凝胶中的溶剂含量,保持高稳定性,需要有效抑制溶剂迁移的动力学过程。

基于“分子阻塞”超分子机制的有机凝胶构建思路。(论文课题组供图)

机械互锁作用通过分子结构中的几何关系将不同的分子连接起来,这使得非共价连接的分子,能够保持稳定的聚集状态。西安交通大学明升手机学院“智能高分子”团队吴宥伸副教授和张彦峰教授,从机械互锁超分子原理中汲取灵感,提出了“分子阻塞”超分子机制,利用溶剂分子与交联网状结构之间的尺寸差异带来的阻滞,有效抑制溶剂在凝胶内的迁移。

通过设计和合成分子尺寸超过1.4 nm的液态支链柠檬酸酯(branched citrate ester, BCE),并将这种大体积分子作为溶剂与交联聚脲原位聚合,制备获得系列新型“分子阻塞”凝胶。“分子阻塞”凝胶具有与普通聚合物或弹性体相媲美的卓越稳定性,可储存10个月而无任何形貌或力学性能改变,并能耐受高温烘烤,保持质量和性能的稳定。特别是“分子阻塞”凝胶的杨氏模量能够在1.3 GPa至30 kPa的大范围内连续调控,变化幅度达到创纪录的43000倍,有效覆盖了现有交联树脂、塑料、弹性体和凝胶的范围。

同时,“分子阻塞”效应作为一种非共价耗散机制,赋予了凝胶材料独特的粘弹性力学特性,使其具有高阻尼,达到和超过了商业化的聚氨酯和聚脲材料。

上述研究成果,近期发表于《先进材料》,西安交通大学明升手机学院为第一单位,西安交通大学明升m88学院为合作单位。论文第一作者为明升手机学院吴宥伸副教授,论文通讯作者为明升手机学院副院长张彦峰教授。这一研究受到了国家自然明升体育app基金和西安交通大学分析测试中心的支持。

论文相关链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306882

 
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