高强度物理交联水凝胶的制备

在过去的几十年中，聚合物水凝胶吸引了很多科研工作者的注意和兴趣，这种软体材料具备具有很好的吸水保水能力和生物相容性，已经被广泛运用于蛋白质纯化、薄膜分离、生物医学、催化和切换原件等领域。

然而，由于传统化学水凝胶中交联点之间的分子链段长短不一，具有很宽的分布，同时在外力作用下缺乏有效的能量耗散方式来避免或是降低裂纹的扩散，所以传统水凝胶在形貌和性能上都有很多不足，比如形貌的均一性差和力学性能弱等。

我们组将网络均化和有效的能量耗散结合起来，提出多重键合网络（Multi-bond network）的高强凝胶制备方法。MBN凝胶即为具有多层级交联点的单网络凝胶：凝胶体系中同时拥有两种以上不同强度的键，在外力作用下逐次破坏，从而能够有效耗散能量。并且由于动态交联点的可逆性，在外力作用下凝胶网络发生破坏-重组，可以使交联点重新组合分布，达到均化网络的目的。而更强的交联点则起到承受和分散应力的作用。基于这一凝胶网络的设计方案，我们课题组近年来报导了一系列含有二氧化硅纳米刷的MBN凝胶。这些凝胶以氢键、离子键或疏水相互作用作为物理交联点，接枝有聚合物的纳米二氧化硅作为拟交联点，即应力传递中心，因而凝胶具有超拉伸、高强度、可降解等优异性能。此外，离子键增强的氧化石墨烯复合的水凝胶以及轻度化学交联的水凝胶也得到了报导。将制备得到的聚丙烯酸/VSNPs NCP gel薄膜作为电解质，与沉积有聚吡咯(PPy)的碳纳米管(CNT)纸电极复合，制备了柔性、可自修复的固态超级电容器，该工作在《自然通讯》上发表。