雙層水凝膠是一種獨(dú)特的軟材料,在領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)常被賦予各種刺激響應(yīng)功能,可實(shí)現(xiàn)按需形狀轉(zhuǎn)換和變形,目前已廣泛應(yīng)用于人造肌肉、軟電子和人機(jī)界面等的設(shè)計(jì)。制備雙層水凝膠的常規(guī)策略通常涉及兩步或多步的逐層聚合。例如,常規(guī)制備過程包含兩步: (i) 聚合形成第一層水凝膠; (ii) 將第一層浸入第二層的前驅(qū)體溶液中,然后原位引發(fā)、聚合以形成第二層水凝膠。雖然這種逐層聚合策略對(duì)于異質(zhì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑十分有效,且適用于范圍廣泛的單體和交聯(lián)劑;但逐步聚合存在某些固有的缺點(diǎn),即第二層的預(yù)聚液不可避免地?cái)U(kuò)散并溶脹第一層凝膠,這一過程往往無法精確控制,因此導(dǎo)致水凝膠界面產(chǎn)生不均勻的互穿網(wǎng)絡(luò)和異質(zhì)缺陷。進(jìn)一步地,雙層界面處的結(jié)構(gòu)不匹配極易導(dǎo)致緩慢的響應(yīng)能力、弱界面結(jié)合力甚至層間脫離, 難以實(shí)現(xiàn)水凝膠的可持續(xù)應(yīng)用。目前,為了解決這一問題,研究人員通常將提高界面粘附力和力學(xué)強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn),在凝膠層間引入高度可逆的化學(xué)鍵(如離子締合、超分子相互作用、氫鍵等)。
圖1. 通過自由基聚合差異誘導(dǎo)宏觀相分離策略制備雙層水凝膠。
在通過一系列不同的單體進(jìn)行預(yù)篩選后,作者確定了一類乙烯基單體和一類兩性離子苯乙烯基單體,用于通過聚合誘導(dǎo)的宏觀相分離機(jī)制制備雙層水凝膠(乙烯基和苯乙烯基單體都具有良好的水溶性)。聚乙烯基(例如 pNIPAM)鏈段具有典型的熱響應(yīng)性,具有從親水性(<LCST)到疏水性(LCST)的相轉(zhuǎn)變過程,而同時(shí)結(jié)構(gòu)性聚苯乙烯基兩性離子網(wǎng)絡(luò)(pVBPS)表現(xiàn)出離子強(qiáng)度依賴性。經(jīng)一鍋法制備得到的 pNIPAM-pVBPS 雙層水凝膠由 LCST 層(PNIPAM主導(dǎo))和兩性離子層(PVBPS主導(dǎo))組成,兩層之間具有無縫界面,并且通過控制自發(fā)的宏觀相分離在多長(zhǎng)度尺度上可編程層厚度。
圖3. 宏觀相分離策略用于制備雙層水凝膠的通用性。
圖4. 不同乙烯基單體(6 種丙烯酰胺、6 種丙烯酸和 2 種叔胺衍生物)在通過反應(yīng)誘導(dǎo)宏觀相分離合成雙層水凝膠時(shí)的層分離效率-化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
全文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmacrolett.3c00149
- 波爾多大學(xué)Gilles Sèbe、華南師大張振 Carbohydrate Polymers:皮克林乳液界面SI-ATRP制備兩親性纖維素納米晶 2025-05-19
- 浙江大學(xué)黃寧研究員 Angew:三維共價(jià)有機(jī)框架的結(jié)構(gòu)調(diào)控及其在高效光氧化還原催化原子轉(zhuǎn)移自由基聚合中的應(yīng)用 2025-02-14
- 浙江大學(xué)王立教授/俞豪杰教授團(tuán)隊(duì) Mater. Horiz.:用于磁共振成像的氮氧自由基造影劑的研究進(jìn)展 2025-02-09
- 寧波材料所陳濤/肖鵬團(tuán)隊(duì) Adv. Mater.:懸浮式雙層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互中觸覺和痛覺的靈敏感知 2024-05-11
- 川大金勇教授團(tuán)隊(duì)CEJ:具有不對(duì)稱黏附、抗菌和自供電功能的可視化多傳感交互式仿生離子皮膚 2022-03-06
- 中科院蘭州化物所仿生微納米復(fù)合雙層結(jié)構(gòu)材料研究取得系列進(jìn)展 2012-03-16
- 武漢大學(xué)陳朝吉/四川大學(xué)張偉 ACS Nano:仿生梯度水凝膠電解質(zhì)界面優(yōu)化構(gòu)筑穩(wěn)定鋅離子電池 2025-07-21