【科研摘要】

  具有強(qiáng)濕粘附力的堅(jiān)韌水凝膠已在各種應(yīng)用中引起廣泛關(guān)注。然而，在水凝膠中實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的濕粘合性和耐凍干性仍是挑戰(zhàn)。最近，北京理工大學(xué)李歡軍副教授團(tuán)隊(duì)在Al（OH）3納米粒子作為交聯(lián)劑的情況下，基于甘油-水二元溶劑系統(tǒng)，提出了堅(jiān)韌的透明納米復(fù)合有機(jī)水凝膠。

  所得的有機(jī)水凝膠顯示出優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度（0.9 MPa），高透明度（97％），優(yōu)異的抗干燥和抗凍性以及良好的離子傳導(dǎo)性。特別地，選擇聚丙烯酸（PAA）作為橋聯(lián)聚合物以賦予有機(jī)水凝膠強(qiáng)的濕粘合力。界面粘合能超過(guò)2200 J m-2，這歸因于離子配位和納米粒子與PAA鏈中羧基之間的氫鍵的協(xié)同作用。有趣的是，基于強(qiáng)大的濕附著力，透明有機(jī)水凝膠可以組裝成具有長(zhǎng)期環(huán)境穩(wěn)定性的液壓驅(qū)動(dòng)軟可變焦點(diǎn)透鏡。這項(xiàng)工作將為控制水凝膠的濕粘附力提供新的見解，并且對(duì)于具有長(zhǎng)期環(huán)境穩(wěn)定性的基于水凝膠的功能性裝置具有巨大的潛力。相關(guān)論文以題為Tough Adhesion of Freezing- and Drying-Tolerant Transparent Nanocomposite Organohydrogels《ACS Appl. Mater. Interfaces》上。

  【主圖導(dǎo)讀】

  圖1.（a）基于甘油-水二元溶劑，使用Al（OH）3納米粒子作為交聯(lián)劑的堅(jiān)韌NC有機(jī)水凝膠（Al-NC-G凝膠）的示意圖。（b）具有不同甘油含量的Al-NC-G凝膠和Al-NC-W凝膠的重量隨時(shí)間變化。W0是初始重量，Wt是在不同時(shí)間（25°C，50％濕度）下的重量。（c）甘油含量對(duì)Al-NC-G凝膠的長(zhǎng)期抗干燥和抗凍性能的影響（比例尺：2 cm）。（d）表示在-20℃下保存30天時(shí)Al-NC-G凝膠和Al-NC-W凝膠的不同柔韌性的照片。

  圖2.（a）具有不同甘油含量的AM90Al2G凝膠的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（b）具有不同Al（OH）3含量的AM90AlG1凝膠的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（c）初始和預(yù)處理的AM90Al2G1凝膠和初始AM90Al2W凝膠的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。（d）展示AM90Al2G1凝膠在25或-20°C儲(chǔ)存30天之前和之后顯著拉伸變形的照片（比例尺：1 cm）。

  圖3.（a）使用AM90Al2G1凝膠作為導(dǎo)體進(jìn)行拉伸前后（長(zhǎng)度：3厘米，寬度：2厘米），LED燈泡亮度（工作電壓，4.5 V）的比較。（b）導(dǎo)電性對(duì)Al-NC-G凝膠中各種Al（OH）3含量的依賴性以及顯示LED燈泡亮度變化的相應(yīng)照片。

  圖4.（a）Al（OH）3 NC有機(jī)水凝膠（Al-NC-G凝膠）的粘附原理示意圖。（b）根據(jù)T型剝離粘合力測(cè)試顯示強(qiáng)粘合力（PAA）和弱粘合力（PAAM）的照片。（c）各種橋聯(lián)聚合物對(duì)Al-NC-G凝膠粘附能的影響。（d）兩個(gè)Al-NC-G凝膠表面之間的濕粘附界面的SEM圖像。

  圖5.（a）溶劑成分（甘油：水）對(duì)粘附的Al-NC-G凝膠的粘附能的影響。（b）比較具有不同Al（OH）3含量的Al-NC-G凝膠的粘附能和斷裂功。（c）照片顯示了最初的AM90Al2G1凝膠和經(jīng)處理的樣品在25或-20°C下存放30天后具有很強(qiáng)的粘合力。（d）比較Al-NC-G凝膠和Al-NC-W凝膠在25或-20°C下儲(chǔ)存30天前后的粘附能，其中X表示由于脫水或凍結(jié)而無(wú)法獲得的數(shù)據(jù)。

  圖6.（a）AM90Al2G1凝膠的透射率。（b）AM90Al2G1凝膠透鏡的制備示意圖。（c）顯示AM90Al2G1凝膠氣球的密封性能的照片。（d）AM90Al2G1凝膠透鏡中的液體含量對(duì)圖像狀態(tài)的影響。水凝膠透鏡與物體之間的距離固定為60mm，并且透鏡的內(nèi)徑為30mm。（e）在不同條件下的AM90Al2G1凝膠透鏡的焦距與所填充液體含量的照片以及它們之間的關(guān)系。（I）首字母；（II）在25°C下保存30天；（III）在-20℃下保存30天。