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清华大学研发出超强高拉伸水凝胶材料

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发表于 2019-1-9 09:58:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
水凝胶是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基,亲水残基与水分子结合,将水分子连接在网状内部,而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系,性质柔软,能保持一定的形状,能吸收大量的水。
清华大学化工系谢续明课题组在超强、高拉伸水凝胶材料研究上获重要进展,最近和香港城市大学合作使用该凝胶作为固态电解质制备了可自修复、高拉伸的柔性超级电容器,相关研究成果联合发表在《自然·通讯》期刊上。
化工系博士生钟鸣为论文共同第一作者,清华大学化工系谢续明教授和香港城市大学物理与材料科学系支春义助理教授为共同通讯作者。所制备的柔性超级电容器可以拉伸6倍,卸载后完全回复;且切断后重新对接可以完全自修复,性能得以完整保持。该柔性器件作为电子可穿戴物、电子皮肤等具有重要潜在应用。
清华大学研发出超强高拉伸水凝胶材料
可自修复柔性超级电容器构筑架构示意图
a.纳米硅球-聚丙烯酸凝胶为电解质和聚吡咯-碳纳米管纸为电极的超级电容器。
b.超级电容器的切断和和修复。
c.超拉伸超级电容器
高分子水凝胶材料在医疗卫生、生物医用、药物缓释、柔性传感等领域有着重要应用。但通常化学合成的水凝胶由于网络的不均一性,其力学性能和尤其强度一般很弱,制约了其实际应用。谢续明课题组经过多年的思考和实践,提出了一种借助纳米材料制备高强水凝胶的新方法:以纳米刷作为凝胶因子,一步法简洁地构筑了具有多层级交联点的单网络纳米复合物理水凝胶。由于在拉伸作用下凝胶中不同层级交联键可以通过逐次破坏耗散能量,之后可逆物理键的再结合会导致网络均化,使其拉伸强度为通常化学交联水凝胶的数十至百倍,拉伸高达40倍,且切断后可以在自然状态下接触修复。他们的系列工作最近发表在JMater.Chem.,B以及SoftMatter等期刊上。
由高强高拉伸高分子水凝胶构筑的柔性超级电容器在拉伸时的比电容增幅。
该项目获得国家自然科学基金及清华大学自主科研基金资助。
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