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高强、高韧纤维素水凝胶,“再碰我,就给你点颜色看看”
时间:2017-12-06 10:18:15来源:高分子科学前沿
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提要:最近武汉大学张俐娜院士和常春雨副教授利用纤维素棉短绒浆制备得到的一种新型纤维素纤维素水凝胶展现出敏感的力致光学异性性质。
高强、高韧纤维素水凝胶,“再碰我,就给你点颜色看看”

笔者小时候很是调皮,说过“再碰我,就给你点颜色看看”这类唬人的话。不曾想,最近武汉大学张俐娜院士和常春雨副教授利用纤维素棉短绒浆制备得到的一种新型纤维素纤维素水凝胶展现出敏感的力致光学异性性质。

图一明场和偏光观察弯折、扭曲和缠结状态下的纤维素水凝胶照片。

作者利用碱-尿素-水体系溶解棉短绒制备得到纤维素溶液,添加少量化学交联剂便制备得到一种含弹性化学交联网络的松散化学交联纤维素凝胶。将此凝胶置于酸溶液中,几分钟就可快速诱导产生具有纳米纤维的物理交联网络,得到一种高强高韧纤维素水凝胶。水凝胶在外力作用下,弹性的化学交联网络可以保证凝胶较大的形变,而物理交联网络的断裂和重排有效的耗散了能量,赋予纤维素水凝胶很好的强度、韧性以及力致光学各项异性性质。

图二 a-c) 纤维素水凝胶的制备流程和受力状态的结构图。d-f)纤维素极稀溶液、原始状态水凝胶和拉伸形变下纤维素水凝胶原子力显微镜照片。

独特的结构赋予水凝胶优异的力学性能。

图三水凝胶拉伸、循环拉伸、压缩、循环压缩和纳米压痕测试图。

形貌学表征和同步辐射X射线,证实了力致光学异性行为是来自于力诱导的结构取向。

▲ 图四不同拉伸应变下水凝胶的形貌。

图五水凝胶在原始状态和拉伸形变130%状态的同步辐射x射线结果。

此类纤维素水凝胶因为具有敏感的力致光学异性行为,可以被设计成一种智能软物质力传感器来感知外力。

▲ 图六水凝胶不同程度外力作用下的偏光照片(a-b),和水凝胶作为力学传感器的应用(c-e)。

全文链接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.7b14900

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