水凝膠

可拉伸材料（如彈性體、水凝膠、有機(jī)凝膠和離子凝膠）在組織修復(fù)、藥物輸送、機(jī)器人、離子電子、生物電子、合成生物學(xué)，以及可穿戴設(shè)備中都有廣泛應(yīng)用。當(dāng)這些材料承受負(fù)荷時(shí)，必須能抵抗裂紋的增長(zhǎng)以防止材料失效，這種性能可以用單調(diào)載荷下的韌性Γ和循環(huán)載荷下的閾值Γth來(lái)衡量。下圖為材料的韌性-閾值表，圖中的對(duì)角線(xiàn)表示韌性和閾值相同的材料，例如陶瓷，它們很脆但耐疲勞。大多數(shù)材料，如塑料、金屬、彈性體、水凝膠，多少都有些韌性，因此都位于對(duì)角線(xiàn)下面，這些材料韌性好但易疲勞。因此這些韌性材料的閾值通常比韌性低一到兩…

快速pH響應(yīng)性水凝膠在驅(qū)動(dòng)、傳感和分離等多領(lǐng)域中具有很高的實(shí)用價(jià)值。傳統(tǒng)pH響應(yīng)性水凝膠通常是具有較差的物理強(qiáng)度和韌性，而通過(guò)化學(xué)交聯(lián)法制備的水凝膠在pH響應(yīng)速率和可逆性方面表現(xiàn)不佳。近年來(lái)，研究人員將互穿網(wǎng)絡(luò)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或多功能納米材料等引入pH水凝膠結(jié)構(gòu)，制備了多種具有良好pH響應(yīng)性及力學(xué)性能的水凝膠。但大多需要昂貴的原料或繁瑣的制備過(guò)程。至今，制備低成本、高性能的pH響應(yīng)性水凝膠仍是一大挑戰(zhàn)。實(shí)際上，木質(zhì)素作為自然界中最豐富的可再生芳香聚合物，不僅成本低廉而且在酸堿環(huán)境中會(huì)發(fā)生質(zhì)子化和離子化…

自然界中，光會(huì)被光驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成其他能力，如光合作用?？茖W(xué)家們受到自然光驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的啟發(fā)，開(kāi)發(fā)了許多可用于催化、功能、感應(yīng)、粘附、生物工程、藥物遞送以及軟機(jī)器人的光敏材料。與其他刺激相比，光更具有優(yōu)越性，包括即時(shí)打開(kāi)或關(guān)閉信號(hào)，改變波長(zhǎng)，無(wú)需與物質(zhì)直接接觸等。光敏性水凝膠作為生物材料備受關(guān)注。研究人員已將各種光活性成分（例如光可裂解基團(tuán)，光熱劑和分子光開(kāi)關(guān)）摻入到水凝膠基質(zhì)中，以調(diào)節(jié)其物理、化學(xué)和生物學(xué)特性。光開(kāi)關(guān)分子，例如偶氮苯，二芳烴，苯乙烯，螺吡喃及其衍生物在光處理后可以選擇性地和可逆地重新…

類(lèi)橡皮泥材料由于其可調(diào)的機(jī)械性能、獨(dú)特的粘彈性行為和可重復(fù)塑形的特性，在仿生機(jī)器人、能源存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換和智能傳感設(shè)備等新興領(lǐng)域有著潛在應(yīng)用。在類(lèi)橡皮泥材料的功能化過(guò)程中往往會(huì)添加額外的納米填料，比如金屬納米線(xiàn)、碳納米材料或者導(dǎo)電聚合物等。但是這些額外添加的納米填料在類(lèi)橡皮泥材料中會(huì)發(fā)生非均相聚集和相分離現(xiàn)象，從而損害了材料的宏觀(guān)力學(xué)性能和穩(wěn)定性。 為了解決這一問(wèn)題，哈爾濱工程大學(xué)海洋先進(jìn)材料研究所的團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)水凝膠進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合原位氧化聚合并利用動(dòng)態(tài)配位鍵和氫鍵制備了一種具有較好的自修復(fù)特性、導(dǎo)…

動(dòng)態(tài)生物材料是一類(lèi)能夠進(jìn)行構(gòu)象變化的可以模擬人造組織結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)轉(zhuǎn)變的材料，其能被利用制作成能夠?qū)Νh(huán)境做出反應(yīng)并發(fā)生變化的模擬軟體機(jī)器人。當(dāng)前最常見(jiàn)的形狀可變形材料是基于高分子聚合物材料交聯(lián)的，并且需要在硬和軟的硬度之間切換。這些材料通常依賴(lài)于兩個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)骨架，共享相同的三維（3D）空間，或?qū)π‰x子具有化學(xué)反應(yīng)。但是這一類(lèi)材料的初始形狀恢復(fù)是需要從硬相到軟相的轉(zhuǎn)換，并且這種轉(zhuǎn)化需要通過(guò)損害次級(jí)網(wǎng)絡(luò)的完整性、通過(guò)改變溫度、酸堿度或溶劑類(lèi)型或光調(diào)控催化聚合物網(wǎng)絡(luò)二次交聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 基于蛋白質(zhì)的水凝膠在…

結(jié)構(gòu)材料在人們的日常生活中扮演者不可或缺的作用，然而常見(jiàn)的金屬、陶瓷和聚合物基結(jié)構(gòu)材料都有明顯的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。為了制備各方面性能都很優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料，研究人員通常采取的方法是將這三種基本材料進(jìn)行復(fù)合來(lái)制備復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。不過(guò)，很多的研究結(jié)果顯示復(fù)合材料的每一項(xiàng)性能(如強(qiáng)度、密度、韌性和熱尺寸穩(wěn)定性)很難超越其組成材料中的最高指標(biāo)，所以多組分復(fù)合只能算是一種折中的方法。因此，開(kāi)發(fā)一種各種性能均很優(yōu)異的廉價(jià)本體結(jié)構(gòu)材料仍是行業(yè)內(nèi)面臨的一大難題。 近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書(shū)宏院士團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種以細(xì)菌纖維素凝…

二氧化氮（NO2）等氣體污染已成為現(xiàn)今環(huán)境與健康領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)可準(zhǔn)確、快速、高靈敏檢測(cè)低濃度氣體的氣體傳感器具有重要意義。還原氧化石墨烯（RGO）在制備高性能、低成本氣體傳感器方面具有潛力，但有三個(gè)問(wèn)題限制了它的實(shí)際應(yīng)用：1）石墨烯氣體傳感器對(duì)多種氣體均有響應(yīng)，選擇性不佳；2）石墨烯片層容易產(chǎn)生堆疊、團(tuán)聚，導(dǎo)致氣體分子在石墨烯表面的吸附位點(diǎn)減少；3）將GO還原為RGO時(shí)，常用的還原劑（如氫醌、肼等）具有一定的毒性，帶來(lái)環(huán)境污染和操作安全性的問(wèn)題。 基于此，中山大學(xué)吳進(jìn)副教授團(tuán)隊(duì)利用簡(jiǎn)便…

MXene是一類(lèi)過(guò)渡族金屬碳化物或氮化物的層狀材料，層片間主要以范德華力連接，具有一系列優(yōu)異的物理化學(xué)性能，例如，MXene具有親水性良好、層間距可調(diào)和表面官能團(tuán)多樣等特征。結(jié)構(gòu)方面，MXene由碳層和過(guò)渡金屬層交替組成，賦予MXene良好的導(dǎo)電性和贗電容特性；成分方面，相比單元素二維材料，MXene含有M與X雙元素多元素（MXene固溶體），且M-X之間多種類(lèi)型的價(jià)鍵成分賦予MXene更加豐富的調(diào)控空間。合理利用MXene的結(jié)構(gòu)與成分特征，可制備性能優(yōu)異的電極材料。因此，自問(wèn)世至今，MXene…

近年來(lái)，可穿戴柔性電子設(shè)備快速發(fā)展，在運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、醫(yī)療康復(fù)和軟體機(jī)器人等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景?？衫鞂?dǎo)電水凝膠以其優(yōu)異的柔韌性和靈敏的檢測(cè)性被認(rèn)為是理想的柔性傳感器選擇之一。然而，目前報(bào)道的導(dǎo)電水凝膠傳感器存在著應(yīng)變檢測(cè)區(qū)間有限、靈敏度低、力學(xué)性能不足的問(wèn)題，這些問(wèn)題的存在嚴(yán)重影響了導(dǎo)電水凝膠傳感器的進(jìn)一步發(fā)展。此外，傳統(tǒng)可穿戴柔性傳感器的檢測(cè)受限于檢測(cè)設(shè)備的束縛，無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有望與可穿戴柔性傳感器結(jié)合進(jìn)一步促進(jìn)可穿戴電子設(shè)備的發(fā)展。 近期，華東師范大學(xué)徐敏教授和潘麗坤教授團(tuán)隊(duì)與日本物質(zhì)材料…

柔性超級(jí)電容器通常具有較高功率密度、快速充放電能力以及較長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命，在可穿戴器件、植入型設(shè)備的供能方面獲得了廣泛的關(guān)注。水凝膠電解質(zhì)以其獨(dú)特的柔性、良好的加工性能以及環(huán)境友好性，成為了構(gòu)建可承受變形以及耐物理破壞的柔性超級(jí)電容器的重要材料。然而，將小分子或無(wú)機(jī)電解質(zhì)直接引入到聚合物網(wǎng)絡(luò)中形成的水凝膠電解質(zhì)，其機(jī)械強(qiáng)度、可加工性、自愈合能力、離子傳導(dǎo)率以及電化學(xué)穩(wěn)定性等均大打折扣。立足高分子組成、結(jié)構(gòu)和超分子驅(qū)動(dòng)力設(shè)計(jì)，在水凝膠聚合物網(wǎng)絡(luò)中協(xié)同引入動(dòng)態(tài)共價(jià)鍵和較強(qiáng)分子間相互作用，同時(shí)嵌入可與…