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  韌性水凝膠，一種具有良好機(jī)械性能的水凝膠，在組織工程、健康醫(yī)療、電子皮膚、軟體機(jī)器人等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，近年來(lái)引起了研究人員的極大關(guān)注。但由于極高的含水量，導(dǎo)致了其在干燥、低溫環(huán)境中分別容易失水和結(jié)冰，直接導(dǎo)致了韌性水水凝膠的形狀和機(jī)械性能發(fā)生了巨大的改變，從而限制了它的使用范圍和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。

  最近，周學(xué)昌副教授課題組開(kāi)發(fā)了一種溶劑置換法，將韌性水凝膠成功改造成低蒸發(fā)且抗結(jié)冰的含水量可控韌性有機(jī)水凝膠，從而解決韌性水凝膠在空氣中易干和低溫下易結(jié)冰問(wèn)題。研究成果以“Rational Fabrication of Anti-Freezing, Non-Drying Tough Organohydrogels by One-Pot Solvent Displacement”為題，于2018年4月14日在Angewandte Chemie International Edition上在線發(fā)表，2017級(jí)碩士研究生陳繁、周丹并列第一作者，周學(xué)昌副教授為文章的通訊作者，作者單位均為深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院。

  在該方法中，韌性水凝膠經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的浸泡，其含有的水分可被甘油、已二醇、山梨醇等單一或者多種混合溶劑置換，形成韌性有機(jī)水凝膠（圖1）。該凝膠在混合溶劑及高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響下，溶劑分子的結(jié)冰行為受到了有效地抑制；另一方面，由于置換的溶劑不易蒸發(fā)，所得的韌性有機(jī)水凝膠展現(xiàn)出優(yōu)良的抗結(jié)冰和不干性能。研究結(jié)果表明，在-70 oC 條件下仍觀察不到凝膠的結(jié)冰，并具有良好的機(jī)械靈活性；在空氣中甚至是冷凍真空干燥條件下，該凝膠依然具有良好的保濕性能。此外，通過(guò)多種溶劑的混合置換，韌性有機(jī)水凝膠的抗凍、不干性能可以得到有效地調(diào)控。

圖1. 溶劑置換法制備抗結(jié)冰、不干韌性有機(jī)水凝膠的示意圖 （上），低溫機(jī)械靈活性展示圖片（左下），保濕性能展示曲線（右下）。

  該溶劑置換法作為一種對(duì)水凝膠后加工方法，它在制備抗結(jié)冰、不干韌性有機(jī)水凝膠方面具有兩個(gè)特點(diǎn)：

• (1)解決了傳統(tǒng)的凝膠制備過(guò)程（如聚合過(guò)程）中需精確考量甘油等有機(jī)溶劑加入量對(duì)單體聚合的影響問(wèn)題；

• (2)抗凍、保濕性能可通過(guò)單一或多組分溶劑的調(diào)節(jié)。

  該方法具有簡(jiǎn)單易行、成本低廉、通用性強(qiáng)，有望推動(dòng)和進(jìn)一步擴(kuò)展韌性水凝膠甚至是水凝膠在復(fù)雜環(huán)境中（尤其是極端低溫、干燥甚至真空條件下）的實(shí)際應(yīng)用。

  該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市科創(chuàng)委等項(xiàng)目的資助和支持。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.201803366